РАСЧЕТ В APM FEM

    Система APM FEM представляет собой интегрированный в КОМПАС-3D инструмент для подготовки и последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки).
    APM FEM позволяет провести следующие типы расчетов:

    Этапы расчета:

    Получаемая информация в результате расчетов:

Подготовка модели

    Для упрощения расчетов необходимо:

     В виду того, что при создании конечно-элементной сетки соприкасающиеся грани объединяются Компасом, то можно сборку статической сварной металлоконструкции построить монолитной деталью, если все ее элементы выполнены из одного материала или разных, но со схожими свойствами. Особенно, если эта сборка большая. В больших сборках процесс объединения граней может проходить некорректно, а иногда и приводить к невозможности расчетов (Компас может выходить из процесса создания конечно-элементной сетки на этапе объединения граней не указывая на какую-либо программную ошибку; после создания сетки Компас может сохранять результаты по несколько часов). Создание модели из сборки с объединением всех деталей в одно тело тоже работает не всегда корректнно (некоторые пустоты в сборке заполняются телом и расчет проходит, как полнотелой детали).
    Если материалы деталей сборки разные, то считать придется именно сборку. В таком случае большую сборку необходимо разбить на части и считать частями. Малые сборки нет нужды разбивать на части.
    Запустить библиотеку APMFEM можно так:

рис 1

Задание свойств материала

    Задание свойств материала осуществляется с использованием библиотеки Материалов и Сортаментов. Для корректного расчета материал следует выбирать именно оттуда, а не из файла плотностей. Файл плотностей не содержит свойств материалов - только плотность. Для расчетов вам понадобятся следующие свойства:

рис 2

    Иногда приходится сталкиваться с ошибками назначения свойств даже из справочника. Например, при назначении свойств 08Х12Н10 все требуемые числа вставляются из справочника, но Компас выдает предупреждение, что какие-то свойства не указаны. По умолчанию стоят свойства стали Ст3кп (с пределом текучести 235 МПа). При выборе 08Х12Н10 возможно в ячейки, которые не могут заполниться свойствами этой стали, подставляются свойства Ст3кп автоматически, поэтому и невидно ошибки визуально.
    Учитывая, что практически для всех сталей такие свойства, как модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность одинаковы, то различий в картах напряжений и перемещений не будет, и можно использовать для расчета стальных изделий с материалом по умолчанию. Различия будут в картах коэффициентов запаса.

Указание нагрузок и закреплений

    Нагрузки указываются в загружениях. Загружений можно создавать много и результаты расчетов для каждого загружения сохранять отдельно. Это удобно, когда необходимо перебрать несколько вариантов.

рис 3

    Если войти в режим редактирования Загружения в меню слева, то можно настроить учет собственной массы изделия 0 (по умолчанию) - не учитывать собственную массу. 1 - учитывать собственную массу. Необходимо учитывать, что вектор силы тяжести будет направлен против оси Z (координата высоты) глобальной системы координат. Поэтому, чтобы программа произвела корректный расчет, нужно строить модель так, как она будет располагаться в реальном пространстве. Так же можно задать уникальное имя загружению.

рис 4 рис 5

    Если выбрали не верный элемент при указании нагрузки или закрепления, то для снятия указания следует повторно кликнуть по этому элементу и выбрать потом верный. Для удобства можно пользоваться фильтрами объектов. не забудьте только потом убрать фильтр. Иначе ничего кроме обозначенного в фильтре не сможете выбрать даже в других моделях.

рис 6

    Не забывайте пользоваться масштабом изображения стрелок. С масштабом 1 в больших изделиях их не будет видно.

рис 7 рис 8

    Загружения можно объединять в Комбинации загружений.

    Типы нагрузок:

Параметры расчета

    Команда Параметры расчета (группа команд Разбиение и расчет) вызывает диалоговое окно настройки программы и параметров расчета. При использовании многоядерного процесса можно выделить количество ядер программе.

рис 9

    Необходимо выделить память. По умолчанию выделено 1024 Мб. Для больших задач этого мало.

рис 10

    Все настройки имеют комментарии. Разобраться несложно.

рис 11

Создание конечно-элементной сетки

    Этапы создания конечно-элементной сетки:

рис 12

    При любом изменении закреплений, нагрузок, материала, совпадабщих граней требуется перестроить модель и пересоздать конечно-элементную сетку.
    При создании сеток для геометрически сложных деталей затрачивается много времени. Например, спираль шнека:

    при максимальном значении элемента сетки 8 мм и минимальном 4 мм создается 20034 4-хузловых элемента. Время на создание этой сетки около двух минут при выделенных 3-х ядрах процессора и 30 Гб оперативной памяти. Сам расчет на прочность и перемещения занял около 3-х секунд. А на заготовку плоскую для этого витка при тех же параметрах сетка создаетсмя 4 секунды из 25993 узлов, расчет идет 3-4 секунды. Металла в обоих случаях одинаковое количество. Значит криволинейная форма увеличивает трудозатраты расчета.
    Если произвести расчет витка с 10-тиузловыми элементами, то время создания сетки для витка шнека 7 минут и 30 секунд. Для плоской заготовки с 10-тиузловыми элементами создание сетки 5 секунд.
    Делаем вывод:если что-то нужно считать на прочность, то криволинейных поверхностей, если это возможно, лучше избегать. И не пользоваться 10-тиузловыми элементами. Ибо это очень трудозатратно.
    В руководстве по APM FEM написано, что 10-тиузловые элементы экономят память. Этот момент я не проверял. Но количество элементов в обоих случаях одинаковое. Если часто производите расчет, то лучше считать на машине с достаточным количеством памяти. Экономить надо время, а не память компьютера. Для понимания разницы мехжду 4-х и 10-тиузловыми тетраэдрами посмотрите картинку ниже.

рис 13

    Максимальная длина стороны элемента - максимальный размер конечного элемента (тетраэдра) в мм. Значение максимальной длины стороны элемента следует подбирать, исходя из характерных частей конструкции. Для более точного расчёта требуется более густая сетка.
    Максимальный коэффициент сгущения на поверхности - коэффициент определяет, насколько следующий элемент можно сделать (где необходимо) меньше. Таким образом, при переходе к более мелким частям конструкции, генератор КЭ сетки получает право создавать конечный элемент в k раз меньший по сравнению с предыдущим КЭ. При значении 1 получаем так называемое неадаптивное (равномерное) разбиение. В этом случае элементы конструкции с меньшими, чем заданная максимальная длина, размерами будут проглатываться или огрубляться. Задание значения больше 1 ведёт к генерации адаптивного разбиения. При этом КЭ сетка будет максимально точно отражать геометрию узких мест. Обратной стороной точности будет увеличение общего количества КЭ и времени расчета.
    Коэффициент разрежения в объеме - степень увеличения (уменьшения) стороны тетраэдра при генерации сетки вглубь объема твердотельной модели. Чем ближе к 1, тем более одинаковыми становятся слои КЭ. При значениях, больших 1, внутренние КЭ получаются более крупными по сравнению с теми, что у поверхности. Это ведёт к уменьшению общего количества КЭ без снижения точности расчёта. Диапазон изменения: 0,7...5.
    Для сохранения КЭ сетки в файл КОМПАС-3D необходимо включить данную опцию в контекстном меню папки КЭ сетка. Это может значительно увеличить размер файла, но исключит необходимость повторного разбиения на конечные элементы после открытия файла.

Расчет и сохранение отчета

    После нажатия кнопки расчет выпадает панель настройки расчетов. Тут можно выбрать загружения которые нужно посчитать. Каждое нагружение посчитается отдельно, а сохранить расчеты для всех нагружений можно в одном файле отчета.

рис 14

    Для сохранения отчета нажмите

рис 15

    Можно выбрать какие загружения сохранить в отчет и какие графики для каждого нагружения в отчете отразить.

рис 16 рис 17 рис 18