Рассмотрим расчёт осадки цилиндрической сваи в приложении ANSYS Mechanical, запускаемом через оболочку Workbench.
Подготовка проекта
Проект будет включать расчёт один блок решения задачи МДТТ - Static Structural.
Материалы
В качестве материалов модели будем использовать материалы грунта и железобетона в упрощённой упругой постановке
Удалим стандартный материал
Добавим материал грунта
Добавим материал сваи
Геометрия
Создадим геометрию цилиндрической сваи и окружающего грунта в приложении Design Modeler.
Создадим макет (Sketch) сваи
Создадим макет (Sketch) окружающего грунта
На основе макета сваи создадим её тело вращением вокруг оси с помощью инструмента Revolve
Аналогичным образом создадим тело грунта
Вычтем из тела грунта тело сваи с помощью инструмента Boolean (опция Subtract). Для того, чтобы тело сваи не исчезло, используем опцию Preserve Tool Bodies? - Yes (Сохранить вычитаемые тела)
Полученная геометрия уже может быть использована для расчёта, однако она имеет сложную топологию. Для того, чтобы модель было легче разбить на конечные элементы, а так же для получения более качественной конечно-элементной сетки разобьём модель на более простые тела.
Чтобы разрезать тело плоскостью, создадим дополнительную плоскость на конце сваи.
Для горизонтального разрезания тела грунта используем инструмент Slice с опцией Slice by Plane
Для вертикального разрезания тела грунта по цилиндрической поверхности сваи используем инструмент Slice с опцией Slice by Surface
Объедим все четыре тела в компоненту с именем грунт-свая
Конечно-элементная сетка
Свернём приложение Design Modeler и откроем приложение Mechanical
Назначим телам материалы
С помощью инструмента Edge Sizing зададим количество разбиений на верхней поверхности модели:
Также зададим количество разбиений по оси симметрии
С помощью инструмента Multizone создадим сетку. Инструмент Multizone использует метод Sweep, который создаёт трёхмерную сетку из двухмерной сетки вытягиванием вдоль объёма тела.
Настроим создание сетки для верхних двух тел с указанием источника сетки в виде поверхности, от которой пойдёт вытягивание. Двухмерная сетка на поверхности будет создана в первую очередь.
Аналогичным образом настроем создание сетки в двух телах нижней части грунта
Создадим сетку
Геометрически задача соответствует цилиндрической системе координат, поэтому создадим её
Добавим осевое ограничение степеней свободы для нижего торца модели
Добавим радиальное ограничение степеней свободы для внешней цилиндрической поверхности модели
Добавим окружное ограничение степеней свободы для боковых граней модели. Это ограничение является симметричными граничными условиями рассматриванемой осесимметричной модели.
Нагрузка
В расчёте используем два последовательных шага нагружения:
- Приложим ускорение свободного падения для расчёта модели под собственным весом
- Добавим вертикальную нагрузку на сваю, эквивалентную 10 кН
Изменим количество шагов нагружения (Number Of Steps)
Добавим ускорение свободного падения
Добавим распределённую нагрузку с помощью инструмента Force
Расчёт и постпроцессинг
Добавим инструменты постпроцессинга: суммарные перемещения и эквивалентные напряжения всей модели
Скопируем эти инструменты, но укажем только отдельные тела грунта и сваи
Запустим расчёт
Просмотрим все результаты
Задачи для самостоятельного решения
- С помощью запуска задачи с разными размерами грунта определите минимально допустимые размеры модели. Минимально допустимыми размерами являются такие, при которых граничные условия не влияют на решение, и наоборот, деформирование в центре не влечёт деформирование на границе, т.е. на границе нет напряжений.
- Измените геометрию сваи заменив конец сваи с цилиндрического на конусообразный. Сравните результаты двух моделей.