Analisetipes¶

FrontISTR bied verskeie analisetipes vir beide strukturele en termiese fisika, van statiese ewewig tot tydsontwikkeling, periodieke gestadigde toestande en die onttrekking van inherente eienskappe. Hierdie bladsy beskryf die verskynsels, toepassingsgebied en keuse van elke analisetipe. Raadpleeg die sleutelwoordverwysing vir die formaat in invoerlêers en die teoriehandleiding vir die wiskundige besonderhede van die formulering.

Oorsig van funksionaliteit¶

FrontISTR se analisetipes word deur ’n kombinasie van die volgende drie asse gekenmerk.

• Teikenfisika: struktuur (verplasing en spanning), hitte (temperatuur en hittevloei), of ’n koppeling daarvan
• Hantering van beweging: of traagheidsterme ingesluit word en of tydsontwikkeling gevolg word. Dit is onafhanklike asse
  • Geen traagheid en geen tydsontwikkeling → statiese ewewig
  • Geen traagheid maar tydsontwikkeling word gevolg → kwasi-staties (visko-elastisiteit, kruip, ens.)
  • Traagheid ingesluit en tydsontwikkeling gevolg → oorgangsdinamiese respons
  • Periodiek-gestadig in die frekwensiedomein behandel → harmoniese respons
  • Geen eksterne krag; eienskappe van die stelsel self word onttrek → inherente eienskappe
• Lineariteit: lineêr (klein vervorming, lineêre materiaal) of nie-lineêr (groot vervorming, nie-lineêre materiaal, kontak)

Die geïmplementeerde kombinasies stem met die onderstaande analisetipes ooreen. In die invoer spesifiseer !SOLUTION die hoofkategorie van die analisetipe, terwyl !DYNAMIC, !EIGEN, !HEAT en soortgelyke sleutelwoorde die gepaardgaande eienskappe verder spesifiseer. Vir analises met tydsontwikkeling word stapgroottes en inkremente met !STEP beheer.

Keuse van analisetipe¶

Die keuse van ’n analisetipe begin deur die verskynsel wat behandel moet word en die verlangde resultaat te orden. Selfs vir dieselfde voorwerp verander die geskikte analisetipe na gelang van wat bepaal moet word. Deur die volgende aspekte in volgorde te oorweeg, kan ’n analisetipe gekies word wat by die doel pas.

1. Wat moet bepaal word — verplasing en spanning, temperatuurverdeling, vibrasiemodusse of frekwensierespons. Die verlangde grootheid bepaal die hoofraamwerk van die analisetipe
2. Moet traagheid in ag geneem word — indien die las vinnig verander en versnelling die respons beïnvloed, kies dinamiese analise. Indien verandering stadig is en traagheid verwaarloos kan word, is statiese analise voldoende
3. Moet tydsontwikkeling gevolg word — selfs indien traagheid verwaarloos kan word, word tydafhanklike materiaalrespons soos visko-elastisiteit of kruip binne die raamwerk van statiese analise opgelos deur tyd te stap (kwasi-statiese analise)
4. Is die lineariteitsaanname geldig — vir klein vervorming en lineêre materiaal is lineêre analise voldoende. Indien groot vervorming, nie-lineêre materiaal of kontak teenwoordig is, kies nie-lineêre analise

Die volgende tabel toon tipiese probleme en die ooreenstemmende analisetipes.

Statiese analise¶

Statiese analise los ewewigsvergelykings op terwyl traagheidsterme verwaarloos word. Hierdie raamwerk sluit nie net gestadigde ewewig sonder tydsontwikkeling in nie, maar ook kwasi-statiese analise waarin die ewewig op elke tydstip opeenvolgend gevolg word terwyl deur tyd gestap word wanneer tydafhanklike materiaalrespons soos visko-elastisiteit of kruip, of nie-lineariteit met geskiedenis, behandel word. Die verskil van dinamiese analise lê in die aanwesigheid van die traagheidsterm, nie in die aanwesigheid van tydsontwikkeling nie.

Lineêre statiese analise neem klein vervorming en lineêre materiale aan en los die ewewigsvergelyking met ’n enkele oplossing van ’n lineêre vergelykingstelsel op. Dit het die laagste berekeningskoste en word vir spanningsevaluering en ondersoeke in die vroeë ontwerpfase gebruik.

Nie-lineêre statiese analise word gebruik wanneer groot vervorming (geometriese nie-lineariteit), nie-lineêre materiaal (elastoplastisiteit, hiperelastisiteit, visko-elastisiteit, kruip), of kontak teenwoordig is. Omdat die ewewigsvergelyking nie-lineêr is, word die las in verskeie inkremente verdeel en stapsgewys toegepas, met iteratiewe oplossing deur die Newton-Raphson-metode binne elke inkrement. Vir tydafhanklike materiale soos visko-elastisiteit en kruip word dieselfde inkremente en iterasies uitgevoer terwyl die ewewig op elke tydstip opeenvolgend gevolg word.

In die invoer spesifiseer !SOLUTION, TYPE=STATIC en voeg die parameter NONLINEAR by wanneer nie-lineariteit behandel word. Tydstappe, inkrementbeheer en konvergensiekriteria word met !STEP gespesifiseer. Sien Stapbeheer vir besonderhede van inkrementbeheer.

Dinamiese analise¶

Dinamiese analise los die bewegingsvergelyking met traagheidsterme as ’n tydsontwikkelingsprobleem op en verkry die tydgeskiedenisrespons op die tydgeskiedenis van eksterne krag. Dit behandel verskynsels soos impaklas, aardbewingsrespons en vibrasievoortplanting, waar die versnelling van die stelsel ’n groot invloed op die respons het.

Tydintegrasiemetodes word breedweg in implisiete en eksplisiete metodes verdeel. Die keuse word bepaal deur die tydskaal van die verskynsel, die probleemgrootte en die stabiliteitsvereistes vir die tydstap. ’n Implisiete metode is geskik wanneer laefrekwensiekomponente oorheers en relatief groot tydstappe verlang word; ’n eksplisiete metode is geskik vir hoëfrekwensieverskynsels wat van nature klein tydstappe benodig, soos impak en golfvoortplanting.

Implisiete metode¶

Die implisiete metode (Newmark-β-metode) los by elke tydstap ’n vergelykingstelsel op om die verplasing, snelheid en versnelling op die volgende tydstip te bepaal. Daar is geen stabiliteitsbeperking op die tydstap nie, dus kan groter tydstappe vir strukturele response wat deur laefrekwensiekomponente oorheers word (aardbewingsrespons, meganiese vibrasie, ens.) gebruik word om die aantal stappe te verminder. Daarteenoor ontstaan die koste van die oplossing van die vergelykingstelsel by elke stap, wat dit ongeskik maak vir verskynsels wat baie groot aantalle stappe vereis.

Eksplisiete metode¶

Die eksplisiete metode (sentrale-verskilmetode) bereken die toestand op die volgende tydstip direk uit slegs die inligting van die vorige stap. Omdat geen vergelykingstelsel opgelos word nie, is die koste per stap laag, maar die tydstap word beperk deur ’n voorwaarde gebaseer op die stelsel se kleinste eieperiode (CFL-voorwaarde). Dit is voordelig vir probleme wat reeds klein tydstappe vereis, soos impak, golfvoortplanting en hoëspoedkontak.

In die invoer spesifiseer !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC, en gebruik !DYNAMIC om die oplossingsmetode te kies en integrasieparameters soos dié vir die Newmark-β-metode te gee. Gebruik !STEP wanneer randvoorwaarde- of lasgroepe oor verskeie stappe verander word, of wanneer inkrementbeheer per stap gespesifiseer word. In die implisiete metode vir nie-lineêre dinamiese analise kan outomatiese inkrementering en cutback volgens die konvergensietoestand ook gebruik word.

Modale analise¶

Modale analise los, sonder eksterne krag, die veralgemeende eiewaardeprobleem wat deur die massamatriks en styfheidsmatriks gevorm word op en onttrek die stelsel se eie frekwensies en modusvorms. Dit word uitgevoer om die vibrasie-eienskappe van strukture te evalueer, resonansiepunte te identifiseer en as ’n voorafgaande stap wanneer modale superposisie in frekwensieresponsanalise gebruik word.

Die Lanczos-metode word as oplossingsmetode gebruik om die gespesifiseerde aantal lae-orde-modusse doeltreffend te onttrek. ’n Gekonsentreerde massamatriks word as massamatriks gebruik.

In die invoer spesifiseer !SOLUTION, TYPE=EIGEN, en gebruik !EIGEN om die aantal modusse wat onttrek moet word, die verskuiwingswaarde, ens. te gee.

Frekwensieresponsanalise¶

Frekwensieresponsanalise bepaal die periodiek-gestadigde respons wat ’n stelsel onder ’n harmoniese (sinusvormige) eksterne krag bereik terwyl die opwekkingsfrekwensie verander word. Anders as dinamiese analise wat die tydgeskiedenis volg, word direk in die frekwensiedomein opgelos, wat dit geskik maak vir die evaluering van resonansie-eienskappe en die ontwerp van gestadigde vibrasie.

Die oplossing is hoofsaaklik op die modale-superposisiemetode gebaseer, waarin die respons saamgestel word deur die eie modusse wat vooraf deur modale analise verkry is, te superponeer. Daarom moet modale analise op dieselfde stelsel uitgevoer word voordat frekwensieresponsanalise gedoen word. Slegs lineêre modelle word ondersteun; die analise kan nie uitgevoer word wanneer geometriese of materiaalnie-lineariteit geaktiveer is nie.

In die invoer word dit as ’n vorm van dinamiese analise behandel: spesifiseer !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC en dui frekwensierespons deur die subparameters van !DYNAMIC aan. Die opwekkingsvoorwaardes word met !FLOAD gegee.

Uitsetitems word op dieselfde manier as vir statiese analise en tydgeskiedenisresponsanalise gespesifiseer, en afgeleide groothede soos rek, spanning en hoofspanning kan eweneens verkry word. Omdat die respons komplekswaardig is, word elke item egter as twee stelle uitgevoer: die reële en imaginêre dele. Vir besonderhede, sien Uitset en herbegin.

Warmtegeleidingsanalise¶

Warmtegeleidingsanalise los die warmtegeleidingsvergelyking op om die temperatuurverdeling en hittevloei te bepaal. Dit gebruik dieselfde eindige-elementmaas as strukturele analise, maar elke nodus het slegs een vryheidsgraad, naamlik temperatuur, en die behandelde materiaaleienskappe is beperk tot termiese geleidingsvermoë, spesifieke warmte en digtheid. Die randvoorwaardes verskil ook van dié van strukturele analise: voorgeskrewe temperatuur, hittevloei, konveksie en straling is beskikbaar.

Volgens tydseienskappe is daar gestadigde warmtegeleiding, wat ’n tydonafhanklike ewewigstoestand bepaal, en oorgangswarmtegeleiding, wat die tydsontwikkeling van die temperatuurveld volg. Die keuse hang daarvan af of die uiteindelike ewewigstemperatuur of die verandering van temperatuur met tyd bepaal moet word.

In die invoer spesifiseer !SOLUTION, TYPE=HEAT, en gebruik !HEAT om gestadigde of oorgangsgedrag en die tydstap aan te dui.

Gekoppelde termiese-spanningsanalise¶

Gekoppelde termiese-spanningsanalise gebruik die temperatuurverdeling uit warmtegeleidingsanalise as ’n termiese-reklas in strukturele analise om spanning en vervorming wat deur die temperatuurveld veroorsaak word, te bepaal. FrontISTR se standaardwerkswyse is eenrigtingkoppeling: termiese analise en strukturele analise word onafhanklik uitgevoer, en die temperatuurveld word in een rigting deur ’n resultaatlêer oorgedra.

Die prosedure is om eers warmtegeleidingsanalise uit te voer en ’n resultaatlêer van die temperatuurverdeling te verkry. Wanneer strukturele analise daarna uitgevoer word, word die temperatuurveld as ’n temperatuurlas met !TEMPERATURE, READRESULT ingelees. Die raamwerk van die strukturele analise self is dieselfde as vir gewone statiese of dinamiese analise, en geen nuwe spesiale analisetipe hoef vir die koppeling gespesifiseer te word nie.

Tweerigtingkoppeling waarin strukturele vervorming die warmtegeleiding beïnvloed (byvoorbeeld verandering van termiese randvoorwaardes weens vervorming) val buite die omvang van hierdie weergawe van die dokumentasie.

Elementkontrole¶

Elementkontrole is ’n analisetipe waarmee die vorm van maaselemente en die toewysing van groepe, materiale en seksies wat in die invoer gedefinieer is, nagegaan word sonder om ’n strukturele analise uit te voer. Dit word gebruik om ineengestorte elemente, uiters slanke elemente en foute in groepdefinisies te vind voordat ’n grootskaalse analise begin word. Spesifiseer !SOLUTION, TYPE=ELEMCHECK in die invoer.

Elementkontrole bereken die volume en aspekverhouding (die verhouding van die langste randlengte tot die kortste randlengte) vir elke element. Vir soliede en vlak-elemente het ’n element met omgekeerde nodusvolgorde ’n negatiewe volume. Vir vlak- en dopelemente is die volume die oppervlakte vermenigvuldig met die dikte wat in die seksie gespesifiseer is. Elemente met ’n volume van 0 of minder word as ERROR in die loglêer uitgevoer, en elemente met ’n aspekverhouding groter as 50 word as WARNING, saam met die elementnommer, uitgevoer. Verwerking stop in geen van die twee gevalle nie.

Die elemente wat deur hierdie kontrole ondersteun word, is vlak-elemente (231, 232, 241, 242), soliede elemente (341, 342, 351, 352, 361, 362) en dopelemente (731, 741). Ander elemente word nie deur die kontrole ondersteun nie, en die waardes wat na die log- en resultaatlêers uitgevoer word, verteenwoordig nie die vorm van die element nie.

Ná die kontroles word ’n opsomming van die hele model uitgevoer. Die aantal nodusse, aantal vryheidsgrade, aantal elemente en aantal elemente van elke elementtipe word na standaarduitset geskryf; die totale volume, gemiddelde/maksimum/minimum elementvolume, maksimum/minimum randlengte en maksimum aspekverhouding word na beide standaarduitset en die loglêer geskryf. By parallelle uitvoering word die nodus- en vryheidsgraadtellings slegs oor die nodusse wat deur elke subdomein besit word, opgetel, sodat dit waardes vir die hele model gee. Daarteenoor tel die elementtelling en tellings per elementtipe eenvoudig die elemente wat deur elke subdomein gehou word; elemente wat oor subdomeingrense gedupliseer is, word dus meer as een keer getel en die totale kan groter wees as die aantal elemente in die volledige model. Opsommings van volume, randlengte en aspekverhouding sluit slegs elemente in wat deur elke subdomein besit word en bevat dus geen duplikate nie. Die loglêer gee ook vir elke subdomein die aantal nodusse, aantal elemente, aantal nienulinskrywings in die koëffisiëntmatriks en opsommings van volume en verwante groothede.

Spesifiseer !WRITE,RESULT om ’n resultaatlêer uit te voer, of spesifiseer !WRITE,VISUAL saam met !VISUAL om ’n visualiseringslêer uit te voer. Die lêername is dieselfde as dié wat normaalweg deur ’n analise uitgevoer word, met _precheck bygevoeg (byvoorbeeld resultaatlêer model_precheck.res.0.0 en visualiseringslêer model_vis_precheck_psf.0000). Die volgende items word uitgevoer, sodat ’n visualiseringshulpmiddel groep- en materiaaltoewysings met kleure kan vertoon.

Verwante items¶

• Elementbiblioteek — elementtipes en verenigbaarheid wat vir elke analisetipe gebruik kan word
• Materiaaldata — materiaalmodelle wat vir elke analisetipe gebruik kan word
• Nie-lineêre iterasie en tydintegrasie — Newton-Raphson-iterasie, kontakiterasie en tydintegrasieskemas
• Stapbeheer — tydinkremente, konvergensiekriteria en lasinkrementbeheer
• Lineêre elastiese statiese analise (teorie/bylaag) — formulering van lineêre statiese analise
• Tangensiële styfheidsmatriks (teorie) — tangensiële styfheid van nie-lineêre statiese analise
• Newton-Raphson-metode (teorie) — iteratiewe oplossingsmetode
• Dinamiese analisemetodes (teorie) — formulering van dinamiese analise
• Modale analise (teorie) — formulering van die eiewaardeprobleem
• Frekwensieresponsanalise (teorie) — formulering van frekwensierespons
• Oorgangswarmtegeleidingsanalise (teorie) — formulering van warmtegeleidingsanalise