Metoda elementów skończonych w mechanice materiałów i konstrukcji. rozwiązywanie wybranych zagadnień za pomocą systemu ansys (Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej)

Niniejszy skrypt ma ułatwić Czytelnikowi opanowanie podstaw budowy i użytkowania modeli metody elementów skończonych (MES), a w szczególności zapoznanie się z metodami przeprowadzania obliczeń konstrukcji odkształcalnych za pomocą systemu programów ANSYS (ANSYS Inc., USA).

pakiety profesjonalnych programów metody komponentów skończonych składają się z wielu współpracujących ze sobą modułów i tworzą systemy obliczeniowe, zezwalające na analizy różnych problemów opisywanych równaniami różniczkowymi cząstkowymi, dotyczących mechaniki konstrukcji odkształcalnych, przepływu ciepła, mechaniki płynów, pól elektromagnetycznych itd.

W mechanice konstrukcji metoda komponentów skończonych użytkowana jest niemal do wszelkich typów stawianych praktycznie zadań. Programy obliczeniowe MES zawierają algorytmy usprawniające budowę modelu geometrycznego i umożliwiające wprowadzenie opisu modelu z najbardziej lubianych systemów CAD.

Wyposażane są także w algorytmy automatycznej dyskretyzacji i rozbudowane moduły graficznej prezentacji modelu i wyników obliczeń. W progresywnych programach MES przystępnych jest z reguły mnóstwo metod rozwiązywania układów równań liniowych, równań nieliniowych, zagadnień własnych itp.

Do najszczególniej znanych systemów metody komponentów skończonych używanych w mechanice konstrukcji należą ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, COSMOS, FEMAP, MARC. Przystępnych jest także mnóstwo komercyjnych programów wyspecjalizowanych, na przykład do analizy konstrukcji budowlanych, do obliczeń konstrukcji kompozytowych, rurociągów itd.

Moduły obliczeniowe metody części skończonych dołączane są też do wielu programów CAD. Budowa własnych programów metody składników skończonych wymaga wyjątkowo korzystnego przygotowania w zakresie matematyki, metod numerycznych i teorii analizowanych problemów.

Warto jednak podkreślić,dodatkowo dla efektywnego posługiwania się gotowymi, sprawdzonymi kompletami MES niezbędne jest rozumienie metody i jej podstaw matematycznych i dobra znajomość stosowanych programów i badanych zjawisk.

Wyniki obliczeń MES w każdym przypadku powinny być weryfikowane poprzez uproszczone szacunki analityczne i sprawdzenie jakościowej poprawności wybranych rezultatów cząstkowych (reakcje, ciągłość pola przemieszczeń, zgodność z warunkami brzegowymi itp.).

Prezentowane opracowanie jest zmienioną i istotnie powiększoną wersją publikowanego wcześniej przez Oficynę Wydawniczą Politechniki Warszawskiej skryptu. Modele analizowane w tej publikacji budowane były za pomocą wersji (v.15) pakietu programów ANSYS, powszechnie stosowanego jednocześnie w badaniach naukowych, jak i w praktyce inżynierskiej.

Od wielu lat ANSYS jest wykorzystywany w Politechnice Warszawskiej i innych polskich uczelniach. Zamierzeniem autorów było jednak przedstawienie zasad poręcznego wykorzystania MES w obliczeniach inżynierskich i interpretacji wyników, a nie wprowadzanie Czytelnika w szczegóły używania wybranego programu.

Tematy zadań opisywanych w skrypcie odpowiadają potrzebom i profilowi wykształcenia studentów na kierunkach prowadzonych poprzez Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Omawiane ćwiczenia stanowią w większości użyteczne uzupełnienie wykładu metody elementów skończonych.

W każdym ćwiczeniu przypomniane są podstawy opisu teoretycznego analizowanych zagadnień tak, żeby ułatwić zrozumienie zasad budowy modelu MES oraz interpretację i dyskusję wyników. Niektóre z prezentowanych zadań mogą być używane do samodzielnego przygotowania się do analizy bardziej innowacyjnych problemów, rozwiązywanych na przykład w ramach prac przejściowych i dyplomowych.