Параметризация модели. Расчёт системы "фундамент - грунт" в ANSYS Workbench Mechanical

Подготовка проекта

Проект состоит из одной системы Static Structural.

Материалы

В качестве материала плитного фундамента используется материал с усреднёнными свойствами железобетона.

Свойства грунта (слои от верхнего до нижнего):

Геометрия

• Размеры плиты: 8м х 12м х 0.5м, высота от грунта до вверхней поверхности плиты - 0.2м

• Размеры грунта в плоскости плиты могут варьироваться и выбираются в процессе расчёта из соображений корректности моделирования. Изначально возьмём размеры 16м х 24м

• Размеры грунта по толщине:

  Номер слоя	Вид грунта	Высота слоя, м
  1	Суглинок	2
  2	Супесь	2
  3	Гравий	6

• Геометрию необходимо создать в приложении Design Modeler.

• Строится модель четверти системы фундамент-основание. Расчёт будет проводиться в таком виде, т.к. нагрузка симметричная. При необходимости учёта несимметричной нагрузки, модель можно отразить с помощью инструмента Mirror.

• Обратите внимание, что размеры выше указаны для всей конструкции, а строится четверть модели.

• Плита и грунт создаются последовательным вытягиванием из макетов. Грунт состоит из трёх слоёв.

• Для вычитания объёма плиты из вверхнего слоя грунта используется операция Boolean - Subtract с опцией сохранения вычитаемого тела Preserve Tool Bodies? - Yes.

• Для разделения тел грунта на простые прямоугольные параллелепипеды - исползуются операции Slice - Slice by Surface с указанием поверхностей плиты.

• Для удобства дальнейшего назначения материалов и создания результатов для разных частей модели отдельным группам объёмов назначаются имена инструментом Named Selection

Назначение материалов именнованным группам

• В Mechanical добавьте инструменты Material assignment для каждой пары именнованной группы Named Selection и соответствующего материала.

Конечно-элементная сетка

Для создания конечно-элементной сетки дополнительные инструменты можно не добавлять.

Граничные условия

Для нижней грани и боковых граней отсечённой части модели задаются нулевые перемещения по нормали. На боковых поверхностях, таким образом, будут созданы симметричные граничные условия.

Нагрузка

Нагрузка - давление 30 кПа на верхнюю поверхность плиты.

Статический расчёт

• Добавьте результаты в виде контуров напряжений, перемещений (суммарных и осевых), деформаций для конструкции в целом и отдельно для разных грунтов и для плиты.
• Проведите расчёт модели.

Параметризация

• Была расчитана модель для одного набора параметров.
• Необходимо определить, достаточными, недостаточными или избыточными являются размеры окружающего фундамент грунта.
• Для того, чтобы вручную не менять параметры и перезапускать расчёт, воспользуемся возможностью параметризации модели.
• В Design Modeler выберем макет грунта и в Details View нажмём на квадратики левее имём размеров модели:
• Если в квадратике появилась синяя буква P, значит размер теперь будет задаваться как параметр.
• В проекте должен появиться блок Parameter Set

• Открыв блок Parameter Set можно изменить значение параметра и произвести расчёт без входа в Design Modeler и Mechanical

• Свойства геометрии - входные параметры расчёта. Для того, чтобы отслеживать их влияние, необходимо добавить выходные параметры расчёта.
• Для этого необходимо зайти в Mechanical и также нажать на квадратик у параметра максимальных перемещений модели.

• Тоже самое необходимо сделать для максимальных напряжений.
• Теперь в Parameter Set появились выходные параметры.

• В таблице Table of Design Points можно добавить ещё одну строку (новый набор параметров Design Point - новый расчёт), в которой указать другие значения параметров.

• Для расчёта необходимо нажать Update Selected Design Points для выбранных строк таблицы.

• По-умолчанию расчёт будет проведён, но полные результаты будут сохранены только для текущего (current) расчёта. Для сохранения результатов в другом расчёте необходимо поставить галочку в поле Retain.

Задачи для самостоятельного решения

1. Добавьте учёт силы тяжести на дополнительном первом шаге нагружения.
2. Определите какие размеры грунта необходимо взять, чтобы исключить влияние краевых эффектов на напряженно-деформированное состояние плиты и окружающего её грунта.
3. Добавьте в входные параметры стандартныq размер конечного элемента и в выходные параметры количество узлов и и количество конечных элементов (Details of “Mesh” - Statistics). Определите, сходятся ли результаты к определённым значением при увеличении степеней свободы модели.