Metoda Elementów Skończonych w mechanice materiałów i konstrukcji. Rozwiązywanie wybranych zagadnień za pomocą systemu ANSYS, AZ#E418EADCEB/DL-ebwm/pdf (Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej)

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

komplety mistrzowskich programów metody elementów skończonych składają się z wielu współpracujących ze sobą modułów i tworzą systemy obliczeniowe, pozwalające na analizy różnorodnych problemów opisywanych równaniami różniczkowymi cząstkowymi, dotyczących mechaniki konstrukcji odkształcalnych, przepływu ciepła, mechaniki płynów, pól elektromagnetycznych itd.

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

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

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

Moduły obliczeniowe metody elementów skończonych dołączane są także do wielu programów CAD. Budowa własnych programów metody elementów skończonych wymaga bardzo korzystnego przygotowania w zakresie matematyki, metod numerycznych i teorii analizowanych problemów.

Warto jednak podkreślić,na dodatek dla produktywnego posługiwania się gotowymi, sprawdzonymi zestawami MES potrzebne jest rozumienie metody i jej podstaw matematycznych i dobra znajomość wykorzystywanych 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 zmodyfikowaną i szczególnie rozszerzoną wersją publikowanego wcześniej przez Oficynę Wydawniczą Politechniki Warszawskiej skryptu. Modele analizowane w tej publikacji budowane były za pomocą wersji (v.15) zestawu programów ANSYS, powszechnie użytkowanego jednocześnie w badaniach naukowych, jak i w praktyce inżynierskiej.

Od wielu lat ANSYS jest używany w Politechnice Warszawskiej i innych polskich uczelniach. Zamierzeniem autorów było jednak przedstawienie zasad praktycznego użycia MES w obliczeniach inżynierskich i interpretacji wyników, a nie wprowadzanie Czytelnika w szczegóły wykorzystywania 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 praktyczne uzupełnienie wykładu metody komponentów skończonych.

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