În Ansys Mechanical analiza structurală tranzitorie este soluționată cu solverul Ansys Mechanical APDL. Acest tip de analiză este folosit pentru a determina răspunsul dinamic al unei structuri aflată sub acțiunea unor solicitări dependente de timp. Așadar, se poate utiliza pentru a determina deplasările, deformațiile și tensiunile variabile în timp dintr-o structură, pe măsură ce aceasta răspunde la solicitări tranzitorii dacă efectele de inerție sau de amortizare sunt considerate importante. Dacă efectele de inerție și de amortizare nu sunt importante, se poate realiza o analiză statică.
O analiză structurală tranzitorie poate fi liniară sau neliniară. Sunt permise toate tipurile de neliniarități – deformații mari, plasticitate, contacte, hiperelasticitate și altele. De asemenea, platforma de lucru Ansys Workbench mai oferă o metodă suplimentară care permite realizarea unor analize structurale tranzitorii liniare. Această metodă se numește Mode-Superposition și permite obținerea răspunsului tranzitoriu într-un anumit caz de solicitare mecanică, aceasta realizându-se prin calcularea combinațiilor liniare ale vectorilor proprii obținuți într-o analiză modală.
O analiză dinamică tranzitorie este mai complexă decât o analiză statică, deoarece necesită, în general, un calculator mai performant și de asemenea mai mult timp de lucru. Se poate economisi o cantitate semnificativă din aceste resurse făcând unele lucrări preliminare pentru a înțelege fizica problemei.
De exemplu:
- Trebuie să se înțeleagă cum neliniaritățile (dacă le includem) afectează răspunsul structurii făcând mai întâi o analiză statică. În unele cazuri, neliniaritățile nu trebuie incluse în analiza dinamică. Includerea efectelor neliniare poate fi costisitoare din punct de vedere al timpului de rezolvare.
- Trebuie studiată dinamica problemei. Făcând o analiză modală, care calculează frecvențele naturale și modurile proprii, se poate afla cum răspunde structura atunci când acele moduri proprii sunt solicitate. Frecvențele naturale sunt utile și pentru calcularea corectă a pasului de timp de integrare.
- Se analizează mai întâi un model mai simplu. De exemplu, un model de grinzi, mase, arcuri și amortizoare poate oferi o perspectivă bună asupra problemei la un cost minim. Acest model mai simplu poate fi tot ce este necesar pentru a determina răspunsul dinamic al structurii.
Într-o analiză structurală tranzitorie, sunt adesea folosite piese rigide pentru a modela mecanisme care au o mișcare brută și în care se transferă solicitări între componente, dar distribuția tensiunilor mecanice nu prezintă interes. Rezultatul furnizat de o piesă rigidă este mișcarea globală a piesei plus orice forță transferată de aceasta către restul structurii. O piesă rigidă este în esență o masă punctiformă conectată la restul structurii prin cuple mecanice. Prin urmare, într-o analiză structurală tranzitorie, singurele solicitări aplicabile pe o piesă rigidă sunt accelerația și viteza de rotație. De asemenea, se pot aplica solicitări unei piese rigide și prin intermediul cuplelor mecanice.
Dacă modelul studiat include neliniarități, cum ar fi deformație mare sau hiperelasticitate, timpul de calcul poate fi destul de mare din cauza procesului iterativ de soluționare. Prin urmare, poate este necesar să se simplifice modelul, dacă este posibil. De exemplu, se poate reprezenta structura 3D folosind un model 2D cum ar fi tensiune planară, deformație planară sau model axisimetric. O altă metodă de simplificare poate fi reducerea dimensiunii modelului prin utilizarea suprafețelor de simetrie sau antisimetrie. De asemenea, dacă se poate omite comportamentul neliniar într-una sau mai multe componente ale ansamblului fără a afecta rezultatele în regiunile critice, va fi avantajos acest lucru (https://www.inas.ro/en/ansys-structures).
Trebuie să se realizeze o rafinare adecvată a mesh-ului pe suprafețele de contact pentru a permite o distribuire corectă a tensiunilor în zonele de contact. De asemenea, zonele în care tensiunile sau deformațiile sunt de interes necesită un mesh mai fin în comparație cu zonele în care sunt de interes doar deplasările. Iar dacă se includ neliniarități, mesh-ul trebuie să poată surprinde efectele acestora. De exemplu, plasticitatea necesită un mesh fin în zonele cu gradienți mari de deformare plastică.
Opțiunea Large Deflection este de multe ori folosită pentru structurile subțiri. O regulă generală este că se poate utiliza opțiunea Large Deflection dacă deplasările transversale într-o structură subțire sunt mai mari de 10% din grosime.
În analizele care implică deviații și deformații mici se consideră că deplasările sunt suficient de mici încât modificările de rigiditate rezultate sunt nesemnificative. Dacă se activează opțiunea Large Deflection, analiza va ține cont de modificările de rigiditate care rezultă din schimbarea formei și orientării elementelor din cauza deviației mari, a rotației mari și a deformației mari. Prin urmare, rezultatele vor fi mai precise. De asemenea, luarea în calcul a acestui efect necesită o soluție iterativă. În plus, ar putea fi necesară aplicarea solicitării în pași mici. Prin urmare, soluția poate dura mai mult.
Opțiunea Large Deflection trebuie activată și dacă există posibilitatea apariției instabilității (flambajului) în structură. Utilizarea materialelor hiperelastice necesită, de asemenea, activarea opțiunii Large Deflection.
Opțiunile din rubrica Step Controls permit controlul dimensiunii pasului de timp în analiza tranzitorie. În plus, este posibil să se definească mai mulți pași. Mai mulți pași sunt utili dacă sunt introduse sau eliminate noi solicitări în diferite momente de timp sau dacă se dorește modificarea setărilor analizei, cum ar fi dimensiunea pasului de timp în anumite momente din intervalul total de timp al analizei. Dacă sunt prezente neliniarități, poate fi necesar să se utilizeze o dimensiune mică a pasului de timp și să se efectueze soluționări în momente intermediare pentru a obține rezultate de bună calitate.
Opțiunile din rubrica Output Controls permit specificarea anumitor momente de timp pentru care rezultatele ar trebui să fie disponibile pentru postprocesare. Într-o analiză tranzitorie neliniară, poate fi nevoie să se efectueze mai multe soluționări specifice unor valori de timp intermediare. Cu toate acestea, este posibil să nu fie de interes toate rezultatele intermediare și salvarea tuturor rezultatelor poate conduce la un fișier de rezultate de dimensiune mare. Astfel, putem specifica pentru ce momente de timp intermediare se salvează anumite tipuri de rezultate, cu excepția tensiunilor și deformațiilor care sunt salvate pentru toate momentele de timp.
Opțiunile din rubrica Nonlinear Controls permit modificarea criteriilor de convergență și altor instrumente de control specifice procesului de soluționare. De obicei, nu este nevoie să se modifice valorile implicite pentru aceste instrumente de control dar sunt și situații în care este necesar acest lucru. Dacă se realizează o analiză structurală tranzitorie neliniară, metoda Newton-Raphson devine disponibilă. Această metodă se folosește numai în analizele neliniare. Sintaxa APDL specifică acestei metode este NROPT. Opțiunea implicită, Program Controlled, permite solverului să selecteze singur opțiunea NROPT corespunzătoare dar se poate selecta și manual una dintre cele trei opțiuni: Full, Modified sau Unsymmetric.
Opțiunile din rubrica Analysis Data Management permit salvarea fișierelor specifice soluționării analizei structurale tranzitorie pentru a fi utilizate în alte analize. Setarea implicită este de a păstra numai fișierele necesare pentru postprocesare dar se pot utiliza și alte opțiuni pentru a păstra toate fișierele create în timpul soluționării sau pentru a crea și salva baza de date specifică lui Ansys clasic (fișier db). (https://www.inas.ro/en/ansys-structures)
Când se efectuează o analiză neliniară, pot apărea probleme de convergență din mai multe cauze. Pot fi contacte deschise care pot provoca mișcare de corp rigid pentru unul sau mai multe componente ale ansamblului, solicitări cu incremente mari care produc non-convergență, instabilități ale materialului sau deformații mari care provoacă distorsiuni exagerate ale elementelor. Pentru a identifica posibilele zone cu probleme sunt disponibile instrumente specifice în rubrica Solution Information.
Solution Output actualizează continuu toate datele de ieșire furnizate de solver și oferă informații valoroase despre comportamentul structurii în timpul analizei. De asemenea sunt actualizate permanent informațiile legate de convergența soluției.
Pot fi afișate diagrame ale reziduurilor Newton-Raphson într-o analiză structurală neliniară. O astfel de capabilitate poate fi utilă atunci când apar probleme de convergență la mijlocul unui pas de timp, mai ales când modelul analizat conține un număr mare de contacte neliniare dar și alte tipuri de neliniarități, cum ar fi cele de material sau geometrice. Când soluția diverge, identificarea regiunilor cu forțe reziduale Newton-Raphson ridicate poate oferi o perspectivă asupra posibilelor probleme.
Result Tracker este un alt instrument util care permite monitorizarea deplasărilor și energiei pe măsură ce soluția progresează. Acest lucru este util în special în cazul structurilor care pot trece prin dificultăți de convergență din cauza flambajului.
De asemenea, este interesantă și capabilitatea de a reprezenta un rezultat (de exemplu deplasarea) față de o mărime de intrare (de exemplu, solicitarea aplicată). Se poate utiliza opțiunea Charts pentru a crea astfel de grafice. Opțiunea Charts este de asemenea utilă pentru a compara rezultatele a două analize ale aceluiași model. De exemplu, se poate compara deplasarea într-un anumit punct din model rezultată din două analize structurale tranzitorii în care s-au folosit amortizări diferite.
Prezentă pe piața de profil din România încă din anul 1991, INAS S.A. este astăzi furnizor principal de soluții CAD/CAM/CAE/PLM/IoT/AR și servicii conexe, pentru industria românească. Încă de la înființare, INAS s-a remarcat prin orientarea constantă către client și prin preocuparea de a introduce pe piață produse software complete și inovative care să răspundă celor mai exigente cerințe ale utilizatorilor săi.
Având și o bogată experiență practică, acumulată ca urmare a colaborărilor cu parteneri de prestigiu atât din industria românească cât și din străinătate, specialiștii INAS furnizează consultanță tehnică de specialitate în domeniul ingineresc, respectiv servicii de proiectare și analiză, pentru o gamă largă de domenii industriale, de la construcția de autovehicule și mașini grele la industria nucleară și apărare.
