المان‌ ها در انسیس ansys

معرفی نرم‌افزار ANSYS 

نرم‌افزار انسیس یکی از پیشرفته‌ترین و پرکاربردترین ابزارهای شبیه‌سازی مهندسی در جهان است که قبلا در مقاله ” انسیس چیست‌؟ معرفی کامل نرم‌افزار ANSYS ” به آن پرداختیم که میتوانید با مراجعه به این ثفحه اطلاعات کاملی نسبت به این نرم افزار به دست بیاورید.

المان یا Elements چیست ؟

در نرم‌ افزار انسیس، المان‌ها (Elements) کوچک‌ترین واحدهای تشکیل‌دهنده مدل‌های شبیه‌سازی هستند که به کمک آن‌ها مسائل مهندسی به صورت عددی تحلیل می‌شوند. المان‌ها در واقع بخش‌هایی از یک ساختار کلی هستند که یک مدل را به قسمت‌های کوچک‌تر و قابل حل تقسیم می‌کنند. این فرآیند که به مش‌زنی (Meshing) معروف است، ساختار مدل را به تعداد زیادی از المان‌ها تبدیل می‌کند.

هر المان در انسیس دارای خصوصیات خاصی است که شامل هندسه، گره‌ها، نوع رفتار و مرتبه می‌شود :

• هندسه، شکل المان‌ها می‌تواند خطی (یک‌بعدی)، سطحی (دو‌بعدی) یا حجمی (سه‌بعدی) باشد، که نمونه‌هایی از آن‌ها شامل المان‌های خطی، مثلثی، مربعی یا مکعبی است.
• گره‌ها (Nodes) نقاطی هستند که هر المان از آن‌ها تشکیل می‌شود و مقادیر فیزیکی مانند جابه‌جایی یا دما در این نقاط محاسبه می‌شود.
• نوع رفتار، هر المان برای تحلیل خاصی طراحی شده است، مانند تحلیل‌های تنش، حرارت، دینامیک سیالات یا الکترومغناطیسی.
• مرتبه المان‌ها می‌تواند خطی (مرتبه اول) یا درجه بالا (مرتبه دوم) باشد، که در المان‌های درجه بالا دقت تحلیل به‌طور معمول بیشتر است.

انواع المان‌ های انسیس ansys :

انواع المان‌ در انسیس بر اساس کاربرد، هندسه، نوع تحلیل و دقت به دسته‌های مختلف تقسیم می‌شوند که از اصلی ترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

1. المان‌های یک‌بعدی (۱D):
   این المان‌ها بیشتر برای مدل‌سازی ساختارهای خطی مانند تیرها، خرپاها و کابل‌ها به کار میروند. ویژگی این المان‌ها این است که تنها طول دارند و برای تحلیل‌های ساده مانند خمش و کشش مناسب هستند.
   • مثال‌ها:
     • LINK180: المان خطی برای تحلیل خرپاها و کشش‌ها.
     • BEAM188: المان تیر برای تحلیل تنش‌ها و خمش‌های سازه‌ای.
2. المان‌های دو‌بعدی (۲D):
   این المان‌ها در مدل‌سازی سطح‌ها و صفحات کاربرد دارند و معمولاً در تحلیل‌های صفحه‌ای یا غشایی به کار میروند. این المان‌ها می‌توانند بارهای صفحه‌ای، تنش‌ها و کرنش‌ها را تحلیل کنند.
   • مثال‌ها:
     • PLANE182: المان دو‌بعدی برای تحلیل صفحات.
     • SHELL181: المان پوسته‌ای برای تحلیل ساختارهای غشایی.
3. المان‌های سه‌بعدی (۳D):
   این المان‌ها برای تحلیل‌های حجمی و شبیه‌سازی مدل‌های پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این المان‌ها قادر به شبیه‌سازی رفتار مواد در تمام ابعاد هستند.
   • مثال‌ها:
     • SOLID185: المان سه‌بعدی برای تحلیل جامدات.
     • SOLID186: المان سه‌بعدی مرتبه بالا برای تحلیل‌های دقیق‌تر.
4. المان‌های ترکیبی (COMBIN Elements):
   این المان‌ها برای شبیه‌سازی فنرها، میراگرها و اتصالات استفاده می‌شوند. معمولاً برای مدل‌سازی رفتار غیرخطی و اتصالات بین اجزا به کار می‌روند.
   • مثال‌ها:
     • COMBIN14: برای مدل‌سازی فنرها.
     • COMBIN40: برای شبیه‌سازی اتصالات و میراگرها.
5. المان‌های تماس (CONTACT Elements):
   این المان‌ها برای تحلیل تماس میان اجزای مختلف مدل‌ها استفاده می‌شوند و ویژگی‌هایی مانند اصطکاک، تنش‌های تماس و جابه‌جایی‌ها را مدل‌سازی می‌کنند.
   • مثال‌ها:
     • CONTACT174: برای تحلیل تماس در تحلیل‌های سازه‌ای.
     • CONTACT185: برای تحلیل تماس در تحلیل‌های حرارتی یا سیالاتی.

در ادامه در یک مثال ساده این موضوع را کاملتر بررسی میکنیم و با یک مثال ساده و توضیح نحوه انتخاب المان بیشتر آن را باز میکنیم.

خمش تیر با مقطع I شكل :

در این تمرین به بررسی و تحلیل عملیات خمش در تیر با مقطع آی (I) شکل میپردازیم .

نوع المان استفاده شده تیر بوده و خواص الاستیک برای آن در نظر گرفته شده است. در ادامه با نحوه مدلسازی تیر با خمش ، تحلیل و بررسی و مش بندی اشنا میشویم .

گام اول: شبیه‌سازی هندسه تیر

هندسه تیر یک ساختار یک‌بعدی است که می‌توان آن را به سادگی به عنوان یک خط مدل‌سازی کرد. تیر دارای طول مشخص است و در دو انتهای آن شرایط مرزی ثابت اعمال شده است.

گام دوم: انتخاب نوع المان

برای این تحلیل، چون تیر یک ساختار یک‌بعدی است، بهترین انتخاب استفاده از المان‌های خطی است. در انسیس، برای تحلیل چنین ساختارهایی می‌توان از المان BEAM استفاده کرد. این المان به دلیل ویژگی‌های خود، برای مدل‌سازی تیرها و تحلیل‌های خمش مناسب است.

• المان BEAM188: این المان مناسب تحلیل‌های خمش، پیچش و بارهای متمرکز در تیر است. BEAM188 امکان شبیه‌سازی خمش‌ها و تنش‌ها را در یک ساختار یک‌بعدی فراهم می‌آورد و می‌تواند تحلیل‌هایی مانند تغییر شکل، تنش و کرنش را برای تیرهای ساده و پیچیده انجام دهد.

گام سوم: تنظیمات المان

در انتخاب المان BEAM188، تنظیمات خاصی باید انجام شود:

1. تعریف مواد: باید ماده‌ای که تیر از آن ساخته شده است (مثلاً فولاد) مشخص شود و خواص مکانیکی مانند مدول الاستیسیته و ضریب پواسون تعیین گردد.
2. تنظیم ابعاد مقطع: مقطع عرضی تیر (مستطیلی یا دایره‌ای) باید مشخص شود تا تحلیل‌های مربوط به خمش و تنش‌های ناشی از بار اعمالی به درستی انجام شود.

گام چهارم: اعمال بار و شرایط مرزی

• در دو انتهای تیر شرایط مرزی FEM ثابت (تثبیت شده) اعمال می‌شود.
• بار یکنواخت در طول تیر باید اعمال شود.

گام پنجم: شبیه‌سازی و نتایج

پس از انجام مش‌زنی و اعمال بار و شرایط مرزی، نتایج به دست آمده شامل جابه‌جایی‌ها، تنش‌ها و کرنش‌ها خواهد بود. این نتایج می‌توانند به تحلیل‌های بعدی مانند تعیین نقاط بحرانی تنش یا بررسی تغییر شکل‌های تیر کمک کنند.

اهمیت انتخاب صحیح المان‌ها در انسیس

انتخاب صحیح المان‌ها در تحلیل‌های شبیه‌سازی مهندسی با استفاده از نرم‌افزار انسیس (ANSYS) از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. این انتخاب تأثیر مستقیمی بر دقت نتایج، زمان محاسبات و کارایی مدل دارد. در ادامه، به برخی از دلایل اهمیت انتخاب صحیح المان‌ها اشاره می‌شود:

۱. دقت تحلیل و نتایج

یکی از اصلی‌ترین عواملی که بر دقت نتایج تحلیل تأثیر می‌گذارد، انتخاب نوع و اندازه المان‌ها است. برای مثال، اگر در تحلیل یک ساختار پیچیده از المان‌هایی با دقت پایین یا نادرست استفاده شود، نتایج نادرستی از جمله تنش‌ها، کرنش‌ها و جابه‌جایی‌ها به دست می‌آید. به‌عنوان مثال، در تحلیل یک تیر، استفاده از المان BEAM188 برای مدل‌سازی تیرهای خمش‌دار از دقت بالاتری نسبت به استفاده از المان‌های ساده‌تر مثل LINK180 برخوردار است.
انتخاب المان‌های درجه بالا مانند SOLID186 به جای SOLID185 برای تحلیل‌های پیچیده‌تر (مثل مدل‌های سه‌بعدی غیرخطی) می‌تواند دقت بالاتری را در نتایج تحلیل‌ها فراهم کند.

۲. کاهش زمان محاسبات

استفاده از المان‌های مناسب می‌تواند زمان محاسبات را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد. به‌عنوان مثال، استفاده از المان‌های یک‌بعدی مانند BEAM به جای المان‌های سه‌بعدی در مدل‌سازی تیرها یا خرپاها می‌تواند محاسبات را بسیار سریع‌تر انجام دهد، بدون اینکه دقت تحلیل کاهش یابد. از طرفی، انتخاب المان‌های غیرضروری یا پیچیده در تحلیل‌های ساده می‌تواند موجب افزایش زمان محاسبات شود، که در موارد بزرگ و پیچیده، تأثیر زیادی بر کارایی فرآیند خواهد داشت.

۳. بهینه‌سازی منابع محاسباتی

انتخاب صحیح المان‌ها نه تنها بر دقت و زمان محاسبات تأثیر می‌گذارد، بلکه در مصرف منابع محاسباتی نیز نقش دارد. استفاده از المان‌های پیچیده و درجه بالا در تحلیل‌هایی که نیازی به دقت زیاد ندارند، منابع سیستم (حافظه و پردازنده) را به شدت مصرف می‌کند. به همین دلیل، برای تحلیل‌های ساده، انتخاب المان‌های ساده‌تر می‌تواند منابع را بهینه‌تر استفاده کند.

۴. امکان اعمال شرایط مرزی و بارگذاری صحیح

برخی از المان‌ها برای شرایط خاص مرزی یا بارگذاری مناسب‌تر هستند. به‌عنوان مثال، برای تحلیل‌های تماس یا اصطکاک، انتخاب المان‌های CONTACT اهمیت ویژه‌ای دارد. این المان‌ها قادرند رفتار تماس و اصطکاک بین اجزای مختلف را به درستی مدل‌سازی کنند. همچنین برای تحلیل‌های حرارتی یا دینامیکی، انتخاب المان‌های حرارتی و دینامیکی خاص مانند SOLID70 یا PLANE77 می‌تواند رفتار دقیق‌تری را در مدل‌سازی فراهم کند.

۵. انعطاف‌پذیری در مدل‌سازی مسائل پیچیده

برخی از مسائل مهندسی نیاز به المان‌های خاص و پیچیده‌تری دارند که از المان‌های معمولی قادر به شبیه‌سازی آن‌ها نیستند. به‌عنوان مثال، مسائل غیرخطی مانند تحلیل‌های پلاستیک یا شبیه‌سازی شکست مواد به المان‌های خاص نیاز دارند. در این‌گونه موارد، انتخاب المان‌های پلاستیک یا خوردگی می‌تواند نتایج دقیق‌تری را ارائه دهد.

انتخاب صحیح المان‌ها برای مدل‌سازی دقیق‌تر، سریع‌تر و بهینه‌تر نتایج تحلیلی از اهمیت زیادی برخوردار است. این انتخاب بر دقت نتایج، زمان محاسبات، مصرف منابع سیستم و توانایی شبیه‌سازی رفتارهای پیچیده تأثیرگذار است. از این رو، مهندسین باید با توجه به نوع تحلیل، ویژگی‌های هندسی و نیازهای خاص پروژه، المان‌های مناسب را انتخاب کنند تا بهترین عملکرد و دقت را در تحلیل‌ها به‌دست آورند.

چگونه پروژه انسیس را در آریا پروژه ثبت کنیم:

شما عزیزان میتوانید پروژه انسیس ANSYS خود را در پیام رسان های ایتا ، روبیکا ، راتساپ و تلگرام برای ادمین های سایت ارسال کرده تا به سرعت پروژه پیگیری شود.

آیدی تلگرام : mnik60@

آیدی ایتا : @ mnik60

آیدی روبیکا: Aryaprozhe@

شماره واتساپ:۰۹۱۲۵۰۱۳۰۹۴

میتونی با یک کلیک پروژه خودتو ثبت کنی!

سفارش پروژه در تلگرام سفارش پروژه در واتساپ سفارش پروژه در ایتا