Modellen av flygmotorkomponenten ritats även här upp i I-DEAS och exporteras sedan till Marc. Modellen har 27200 skalelement. Först görs en simulering med hela modellen den såg ut som i figur 31. Denna modell är fast inspänd i de noder som är närmast mitten.
Figur 31: Bild av hela modellen med skalelement.
Denna modell svetsas också på två ställen som visas i figur 31. Svets 1 utförs först under 100 s (100 tidssteg), sen sker en avkylning i 200 s (200tidssteg), sen svetsas andra svetsen i 100 s (100 tidssteg) och till sist en kylning till i 200 s (200
tidssteg). Både i första och andra svetsen tillförs det 10000 W. Svetsningen sker med en hastighet på 0,002 m/s. Modellen av bara superelementet visas i figur 32.
I figur 32 visas den modell som använts till både den termiska delen och sista steget i simuleringen med superelement. Temperatur fördelningen vid simulering av hela modellen vid tidssteg 50 respektive 3500 visas i figur 34 och 35. I figur 36
Här sker första svetsen Här sker andra svetsen
och 37 visas temperatur fördelningen vid tidssteg 50 respektive 350 vid simuleringen med superelement.
Figur 32: Bild av modellen med enbart superelementet.
Figur 33: Bild av modellen med enbart de vanliga elementen.
Figur 34: Temperaturfördelningen vid tidssteg 50 vid simulering utan superelement.
Figur 35: Temperaturfördelningen vid tidssteg 350 vid simulering utan superelement.
Figur 36: Temperaturfördelningen vid tidssteg 50 vid simuleringmed superelement.
Nod 2941
Då figur 34,35,36 och 37 jämförs ser temperaturerna i de olika simuleringarna lika ut, men för att jämföra noggrannare om det verkligen är så undersöks
temperaturen i nod 2941 vid de olika tidsstegen. Den pekas ut i figur 37. I figur 38 visas detta. I figur 39 visas en förstoring av toppen på kurvorna i figur38. Även förskjutningen i y-led har undersökt i samma nod vid de olika tidsstegen detta visas i figur 40. I figur 41 visas en förstoring av bild 40 i början av inkrementen.
Temperaturen i nod 2941
0
Simulering av hela modellen utan superelement.
Sista steget i simuleringen med superelement.
Steg 2 (termiska analysen) i simuleringen med superelement.
Figur 38: Temperaturen vid de olika inkrementen för simulering med respektive utan superelement samt den termiska analysen.
Temperaturen i nod 2941
1600
Simulering av hela modellen utan superelement.
Sista steget i simuleringen med superelement.
Steg 2 (termiska analysen) i simuleringen med superelement.
Förskjutning i y-led i nod 2941 vid de olika inkremeneten
-3,00E-04 -2,50E-04 -2,00E-04 -1,50E-04 -1,00E-04 -5,00E-05 0,00E+00 5,00E-05
0 100 200 300 400 500 600 700
Inkrem ent
Förskjutning i y-led [m] Simulering av hela modellen utan
superelement.
Sista steget i simuleringen med superelement.
Figur 40: Förskjutningen i y-led vid de olika inkremeneten för simulering med respektive utan superelement.
Förskjutning i y-led i nod 2941 vid de olika inkremeneten
-2,50E-04 -2,00E-04 -1,50E-04 -1,00E-04 -5,00E-05 0,00E+00 5,00E-05
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Förskjutning i y-led [m] Simulering av hela modellen utan
superelement.
Sista steget i simuleringen med superelement.
Tid och minnesåtgången har undersökts. Tabell 8 visar detta. De fält som är gråmarkerade i tabellen är den tid eller minnesåtgång som jämförs.
Tabell 8: Tids och minnesåtgång för simulering med och utan superelement.
Simulering Wall time [s] Cpu [s] Minne [Mbyte]
Hela modellen utan superelement.
16 638,54 15 939,44 960 1. Skapa matrisen som
innehåller superelementet.
890,81 783,76 1337
2. Den termiska analysen. 702,29 642,11 104 3. Sista steget. 2 049,05 19,68 196
Total tid med superelement simuleringen, steg 1+2+3=
3 642,15 3 397,61 1337
Man kan konstatera att temperaturen samt förskjutningen i y-led är ganska lika vid simulering med respektive utan superelement. Simuleringen med superelement är dock förskjuten ett tidssteg. Det är okänt varför det blir en förskjutning.
Tidsåtgång minskar avsevärt då man använder superelement men minnsåtgången bli något större. Detta sker då man skapar superelementet. Minnesåtgången då man simulerar sista steget med superelement blir dock mindre.
5 Diskussion och slutsatser
Man kan se att för de större modellerna så minskar simuleringstiden avsevärt. Det är även så att ju fler tidssteg man använder desto mer tid sparar man på att
använda sig av superelement. Dock så kräver skapandet av superelementet på de större modellerna mer minne än det maximala som krävs vid simulering utan superelement.
Det blir inte exakt samma resultat för simuleringen med respektive utan
superelement för de olinjära fallen. Resultatet vid simulering med superelement är förskjutet ett tidssteg. Det är okänt varför det blir en förskjutning.
Om man tänker använda sig av superelement bör man placera gränsen till
superelementet så pass långt bort från svetsen, att ingen värmeöverföring sker till superelementet. Sker värmeöverföring är inte längre metoden exakt.
Det som kan undersökas ytterligare är om hela analystiden kortas ner. Det vill säga man måste undersöka om de tar lång tid att modellera upp dessa modeller då man har större och mer komplicerade geometrier. Även fall då man använder sig av olika tidssteg i simuleringen behöver undersökas ytterligare.
6 Referenser
[1] ANSYS Inc., ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide, ANSYS Relese 10.0, 2005
[2] Doug Oatis, Modeling the “Plastic Knee” in Workbench, The Focus Issue 45, 2006
[3] N. N. Shabrov och I. N. Zablots, Three-dimensional super element analysis of stresses, Leningrad Polytechnic Institute, 1990
[4] MSC.Software Corporation, MSC.Marc Volume A: Theory and User Information, 2006
Appendix A
Manual för simulering med superelement i en mekanisk analys.
Steg1: Skapandet av matrisen som innehåller styvheterna till superelementet.
1. Modellera först upp hela modellen med randvillkor och ta bort den delen som inte ska vara superelement. Ta bort eventuella randvillkor som tillhör
elementet/en som inte ska vara superelement. Använd inte renumber. I figur 42 och 43 visas modellen av ett exempel.
Figur 42: Bild av hela modellen.
2. Gör alla inställningar för material, geometriska egenskaper osv.
3. Gör ett nod set av de noder som gränsar till det vanliga elementet. Ett exempel visas i figur 44.
Figur 44: Här visas en modell av superelementet. Nod 10, 13, 16 och 19 är noderna som gränsar till det vanliga elementet.
4. Skapa matrisen med styvheter.
I MSC.Marc under JOBS och sen under INPUT FILE TEXT fyller man för exemplet ovan i enligt tabell 9.
Tabell 9: Hur rutan INPUT FILE TEXT är ifylld för exemplet ovan.
LINE TEXT
1 SUPERELEM 2 0,0,0,1
3 1,2,3 4 10,13,16,19 Översta raden i tabell 9 säger att det är funktionen SUPERELEM som används. I
andra raden säger ettan att en DMIG (Direct Matrix Input) fil ska skapas, i tredje raden visas en lista på antalet frihetsgrader och fjärde raden innehåller en lista på de noder som gränsar till det vanliga elementet. Man kan även göra ett set av dessa noder.
Efter simuleringen får man sen en fil som heter filnamn_job1_dmigst_0000 Steg 2: Simulering med superelement
1. Utgå från hela modellen som du tidigare modellerat och ta bort den delen som är superelement. Behåll eventuella randvillkor och tillhörande noder som fanns i superelementen. Figur 45 visar ett exempel av detta.
Noderna som gränsar till det vanliga elementet.
Figur 45: Bild av modellen utan superelementet.
2. Gör alla inställningar för material, geometriska egenskaper osv. precis som tidigare.
3. Läs in filen filnamn_job1_dmigst_0000 som innehåller styvheterna för
superelementet som man fick i föregående simulering under JOBS och sen under INPUT FILE TEXT. I tabell 10 visas hur denna ruta ska fyllas i för detta exempel.
Tabell 10: Hur rutan INPUT FILE TEXT är ifylld för exemplet ovan.
LINE TEXT
1 K2gg, KAAX
2 Include,
create_super_katti_superelem_job1_dmigst_0000
Create_super_katti_superelem_job1_dmigst_0000 är den fil som vi fick från simuleringen i steg 2.
Sen är det bara att köra igång simuleringen.
Appendix B
Manual för simulering med superelement i en termomekanisk analys.
Steg1: Skapandet av matrisen som innehåller styvheterna till superelementet.
1. Modellera först upp hela modellen med randvillkor och ta bort den delen som inte ska vara superelementet. Ta bort eventuella randvillkor som tillhör
elementet/en som inte ska vara superelement. Använd inte renumber. I figur 46 och 47 visas en bild på ett exempel med en plåt som svetsas på mitten.
Figur 46: Bild av hela modellen av ett exempel med en plåt som.
Figur 47: Bild av modellen med endast superelementet.
2. Gör alla inställningar för material, geometriska egenskaper osv. Denna simulering ska ha mekaniska element och det är en mekanisk analys.
3. Gör ett nod set av de noder som gränsar till det vanliga elementet. Gräns noderna är i exemplet ovan de som är in mot mitten.
4. Skapa matrisen med styvheter.
I MSC.Marc under JOBS och sen under INPUT FILE TEXT fyller man i enligt tabell 11.
Tabell 11: Hur rutan INPUT FILE TEXT är ifylld för exemplet ovan.
LINE TEXT
1 SUPERELEM 2 0,0,0,1
3 1,2,3,4,5,6 4 mynodes Översta raden i tabell 11 säger att det är funktionen SUPERELEM som används. I
andra raden säger ettan att en DMIG (Direct Matrix Input) fil ska skapas och i tredje raden visas en lista på antalet frihetsgrader i detta exempel 6 frihetsgrader eftersom det är skalelement som används. Fjärde raden innehåller mynodes som är det set med noder som innehåller noderna som gränsar till det vanliga elementet.
Efter simuleringen får man sen en fil som heter filnamn_dmigst_0000 Steg 2: Den termiska analysen.
1. Utgå från hela modellen som du tidigare ritat och ta bort den delen som är superelementet. Ta bort de randvillkor som inte är termiska. I figur 48 visas detta för exemplet med plåten som svetsas.
Figur 48: Bild av modellen med enbart det vanliga elementen.
2. Ställ in så att det blir en termisk analys. Ställ även in så att det är termiska element.
Steg 3: Simulering med superelement
1. Utgå från hela modellen som du tidigare ritat och ta bort den delen som är superelement. I figur 49 visas detta för exemplet med plåten som svetsas.
Figur 49: Bild av modellen med enbart det vanliga elementen.
2. Gör alla inställningar för material, geometriska egenskaper osv. precis som tidigare. Detta är en mekanisk analys som ska ha mekaniska element.
3. Läs in filen som innehåller styvheterna för superelementet under JOBS och sen under INPUT FILE TEXT. Tabell 12 visar hur den ska fyllas i.
Tabell 12: Hur rutan INPUT FILE TEXT är ifylld för exemplet ovan.
LINE TEXT
1 K2gg, KAAX
2 Include, create_job1_dmigst_0000
Create_job1_dmigst_0000 är den fil som vi fick från simuleringen i steg 2.
4. För att få med temperaturerna från den termiska analysen så gör men ett randvillkor där man använder STATE VARIABLE och läser in resultat filen från den termiska simuleringen. Man ställer även in i vilka tidssteg detta ska ske.
Figur 50 visar en bild av rutan STATE VARIABLER.
Figur 50: Bild av rutan STATE VARABLER ifylld för exemplet ovan.
Termo_job2.t16 är den resultatfil man får vid den termiska analysen.
Sen är det bara att köra igång simuleringen.