Elementbiblioteek¶

FrontISTR gebruik lyn-, vlak-, soliede, koppelvlak-, balk- en dopelemente volgens die geometrie van die analiseteiken, die beheervergelykings en die vereiste vryheidsgrade. Hierdie bladsy som die inligting op wat nodig is wanneer elemente gekies word: watter elemente vir elke analisetipe beskikbaar is, hoe formulerings vir eerste-orde soliede elemente gekies word, hoe strukturele elemente met soliede elemente gekombineer word, watter strukturele elemente in analises wat groot vervorming in ag neem gebruik kan word, en watter elementvlakke vir kontak in strukturele analise gebruik kan word.

Vir die spesifieke sintaksis van invoersleutelwoorde, sien die sleutelwoordverwysing. Wiskundige afleidings van vormfunksies, styfheidsmatrikse en metodes om vergrendeling te vermy word in die teoriehandleiding behandel.

Oorsig van die elementbiblioteek¶

Die elementkategorieë wat deur die huidige FrontISTR-bron hanteer word, kan breedweg as lyn-, vlak-, soliede, koppelvlak-, balk- en dopelemente geklassifiseer word. Gebruik vlak- of soliede elemente wanneer ’n kontinuum direk gediskretiseer word, en balk- of dopelemente wanneer slanke lede of dunwandige strukture doeltreffend voorgestel word. In termiese analise volg selfs elemente in dieselfde geometriese kategorie ’n ander samestellingspad as in strukturele analise; die beskikbare elemente moet dus altyd in die tabel hieronder nagegaan word.

Elementtipegetalle bestaan gewoonlik uit drie syfers. Die eerste syfer dui die breë elementkategorie aan, terwyl die oorblywende twee die geometrie en reeks onderskei. Byvoorbeeld, 231/232 is die eerste-/tweede-orde driehoekige vlakreeks, 341/342 die eerste-/tweede-orde tetraëdriese reeks, en 361/362 die eerste-/tweede-orde heksaëdriese reeks. Soos blyk uit 301 wat ’n 2-nodus-vakwerkelement is en 743 wat ’n 9-nodus-dopelement is, volg nie elke reeks egter ’n eenvoudige reël soos "laaste syfer 1 = eerste orde, 2 = tweede orde" nie. Lei die element nie meganies uit die nommer alleen af nie; bevestig dit in die volgende tabelle.

Die simbole in die tabelle het die volgende betekenisse.

• ○: Ondersteun.
• —: Nie ondersteun nie.

Hier beteken "Dinamies" oorgangsdinamiese analise, en "Modaal" die modusberekening wat vir modale analise en as basis vir frekwensieresponsanalise gebruik word. In die Termies-kolom word slegs elemente wat vir warmtegeleidingsanalise beskikbaar is met ○ gemerk.

Kontinuum- en koppelvlakelemente¶

Strukturele elemente¶

• Onder eerste-orde soliede elemente het 341 en 361, asook balkelement 611, formuleringsopsies, sodat verskeie keuses selfs vir dieselfde geometrie beskikbaar is.
• Wanneer kontak in strukturele analise gebruik word, word kontakoppervlakke van tweede-orde elemente nie ondersteun nie.
• Strukturele elemente 611/731/741/743 gebruik 6-VG-nodusse en kan nie direk met soliede elemente gemeng word nie. Gebruik 641/761/781 vir gemengde modelle.
• Balkelement 611 ondersteun nie analises wat termiese spanning, swaartekrag, druk of sentrifugale krag insluit nie. Balkelement 641 ondersteun nie analises wat druk of sentrifugale krag insluit nie.
• In lineêre dinamiese analise word parallelle berekening nie ondersteun wanneer dopelemente 731/741/743 gebruik word nie. Parallelle berekening kan met die ander elemente gebruik word.

Keuse van formuleringsopsies¶

Vir eerste-orde soliede elemente is die formulering, benewens die geometrie, ’n seleksiekriterium. Veral eerste-orde heksaëdriese element 361 is so geïmplementeer dat vier tipes formulerings volgens die eienskappe van die probleem gekies kan word. Eerste-orde tetraëdriese element 341 bied ook ’n gladgestrekte FEM-opsie. Vir balkelement 611 kan gekies word of skuifvervorming in ag geneem moet word. Hierdie opsies word in die invoer met FORM341, FORM361 en FORM611 in !SECTION geskakel.

Eerste-orde heksaëdriese element (361)¶

In die huidige bron kan FORM361 op een van vyf opsies gestel word: FI, BBAR, IC, FBAR of UP. Indien FORM361 weggelaat word, hang die verstek van die analisetipe af: IC vir kleindeformasie-statiese en oorgangsdinamiese analise, FBAR vir grootdeformasie-statiese en oorgangsdinamiese analise, IC vir modale analise, en FI andersins (UP word slegs geaktiveer wanneer dit uitdruklik gespesifiseer word).

• FI: Standaard volledig geïntegreerde element. Dit is vatbaar vir skuifvergrendeling in buiging en volumetriese vergrendeling in byna onsamedrukbare vervorming, en is dus hoofsaaklik nuttig as ’n basislyn vir die vergelyking van elementprestasie.
• IC: Formulering met onversoenbare modusse. Dit is die eerste keuse wanneer skuifvergrendeling in buigingsgedomineerde probleme onderdruk moet word, en is die verstek vir lineêre kleindeformasie-analise.
• BBAR: B-bar-element wat die volumetriese rekkomponent korrigeer en geskik is vir probleme wat deur volumetriese vergrendeling oorheers word. Dit kan oorweeg word vir byna onsamedrukbare rubberagtige materiale of materiale met ’n hoë Poisson-verhouding, maar omdat die volumetriese-rekberekening lineariteit veronderstel, kan eindige rotasie nie in ag geneem word nie. Gebruik van die F-Bar-element word oor die algemeen aanbeveel.
• FBAR: F-bar-element wat die volumetriese komponent van die vervormingsgradiënt korrigeer. Dit is geskik vir grootdeformasieprobleme met sterk onsamedrukbaarheidseffekte en is die verstek vir grootdeformasie-analise.
• UP: Gemengde u-p-element wat verplasing en elementdruk onafhanklik behandel. Dit skei spanning in deviatore en drukkomponente om volumetriese vergrendeling in byna onsamedrukbare materiale te vermy, soos rubberagtige materiale met ’n Poisson-verhouding uiters naby aan 0,5 of metale ná plastiese vervorming. Daar is een druk-vryheidsgraad per element (konstant binne die element), wat staties op elementvlak gekondenseer word. Kleindeformasie-, Total Lagrange- en Updated Lagrange-formulerings word ondersteun.

Indien daar onsekerheid is oor watter formulering gebruik moet word, is ’n praktiese beginpunt IC vir kleindeformasie-strukturele analise en FBAR vir groot vervorming of hiperelastisiteit; indien skuifvergrendeling die hoofprobleem is, vergelyk met IC. Indien byna-onsamedrukbaarheid oorheers en die drukveld uitdruklik behandel moet word, oorweeg UP. Sien die teoriehandleiding vir die gedetailleerde teoretiese agtergrond.

Eerste-orde tetraëdriese element (341)¶

In die huidige bron kan FORM341 op FI of SELECTIVE_ESNS gestel word. Die verstek is altyd FI. Wanneer SELECTIVE_ESNS gekies word, word verbinding vir gladgestrekte elemente aanvullend tydens opstelling gegenereer en die element word met selektiewe rand-/nodusgladgestrekte FEM behandel.

• FI: Standaard eerste-orde tetraëdriese element. Vermasing is maklik, maar die element is vatbaar vir skuifvergrendeling in buiging en volumetriese vergrendeling onder byna onsamedrukbare toestande.
• SELECTIVE_ESNS: Stel randgebaseerde/nodusgebaseerde gladstryk in om die effekte van skuifvergrendeling en volumetriese vergrendeling wat maklik in eerste-orde tetraëdriese elemente voorkom, te verminder. Dit is ’n sterk opsie wanneer geometriese beperkings die gebruik van tetraëders vereis.

Indien element 341 om geometriese redes gebruik moet word en vergrendeling met die standaard FI beduidend is, oorweeg SELECTIVE_ESNS. Omgekeerd, indien eerste-orde heksaëdriese elemente gebruik kan word, bied die 361-reeks oor die algemeen ’n breër reeks keuses; oorweeg dus eers IC/BBAR/FBAR.

Wanneer SELECTIVE_ESNS met MPI-parallelisme gebruik word, let op die oorvleuelingsdiepte tydens domeinverdeling. Randgebaseerde/nodusgebaseerde gladstryk neem gemiddeldes van hoeveelhede uit elemente wat aan die teikenelement grens; die samestelling van elementstyfheid binne ’n subdomein vereis dus inligting van elemente twee aangrensingsvlakke weg. Met die verstek-oorvleuelingsdiepte van 1 is onvoldoende gladstrykingsteikens naby domeingrense beskikbaar; spesifiseer daarom in !PARTITION DEPTH=2 wanneer die domein verdeel word. Vir konfigurasiebesonderhede, sien Oorvleuelingsdiepte in domeinverdeling.

Balkelement (611)¶

FORM611 kan op EULER of TIMOSHENKO gestel word. Die verstek is EULER.

• EULER: ’n Bernoulli-Euler-balk wat skuifvervorming verwaarloos. Gebruik dit vir balke wat voldoende lank is relatief tot hul deursnee-afmetings.
• TIMOSHENKO: ’n Timoshenko-balk wat die bydrae van skuifvervorming tot buiging insluit. Gebruik dit wanneer die balk kort is relatief tot sy deursnee-afmetings en defleksie weens skuifvervorming nie verwaarloos kan word nie. Die deursnee-oppervlakte self word as die skuifoppervlakte gebruik, en geen skuifkorreksiefaktor volgens die deursneevorm word toegepas nie. Gevolglik word defleksie weens skuifvervorming onderskat vir deursneë waarvan die skuifkorreksiefaktor kleiner as 1 is.

Die gemengde-VG-balkelement 641 is ’n Bernoulli-Euler-balk, en die spesifisering van FORM611 verander nie sy formulering nie.

Kombinering van strukturele en soliede elemente¶

Selfs vir dieselfde "balkelement" of "dopelement" word vryheidsgrade verskillend in strukturele en termiese analises hanteer. Gevolglik verskil die reëls om hulle met soliede elemente te kombineer ook.

Strukturele analise¶

In strukturele analise word die aantal nodusvryheidsgrade ndof op een waarde vir die hele analise vasgestel. Soliede elemente het 3 VG'e per nodus (translasies), terwyl standaard-balkelement 611 en dopelemente 731/741/743 6 VG'e per nodus het (translasies + rotasies). Daarom kan 611, 731, 741 en 743 nie direk met soliede elemente in dieselfde nodus-VG-stelsel gemeng word nie.

Om hierdie beperking te vermy, word 3-VG-nodus-weergawes 641, 761 en 781 verskaf. Deur nodusse met translasie-VG'e afsonderlik van nodusse met rotasie-VG'e te plaas, stel hierdie elemente die rotasie-VG'e van balke en doppe voor terwyl ndof=3 vir die hele analise behou word. Die ooreenstemming is soos volg.

• 641 is die gemengde-VG-balkelement wat met 611 ooreenstem.
• 761 is die gemengde-VG driehoekige dopelement wat met 731 ooreenstem.
• 781 is die gemengde-VG vierhoekige dopelement wat met 741 ooreenstem.

In gemengde-VG-elemente word rotasievryheidsgrade aan afsonderlike "nodusse met rotasie-VG'e" toegeken. Wanneer beperkings of gekonsentreerde laste toegepas word, moet rotasie-VG'e dus as VG'e 1, 2 en 3 vir die nodusse wat rotasievryheidsgrade dra ingevoer word. VG'e 1, 2 en 3 op translasienodusse word deur die nodusidentiteit onderskei van VG'e 1, 2 en 3 op rotasienodusse.

Die basiese riglyn is gevolglik om 611/731/741/743 te gebruik wanneer die model slegs uit balke en doppe bestaan, en 641/761/781 te kies wanneer hulle met soliede elemente gekombineer word. 641/761/781 kan egter nie gebruik word in analises wat groot vervorming in ag neem nie (→ Strukturele en vlakelemente in analises wat groot vervorming in ag neem).

Termiese analise¶

In termiese analise word hecMAT%NDOF = 1 gestel en nodusvryheidsgrade word as een temperatuur-VG verenig. In hierdie sin ontstaan die strukturele-analiseprobleem dat elemente nie gemeng kan word tensy die 3-VG-nodus-weergawes gebruik word nie, nie hier nie.

Die strukturele elemente wat in termiese analise ondersteun word, is egter tot 731 en 741 beperk. Elemente 611, 641 en 301 word nie vir termiese analise ondersteun nie. Wanneer elemente vir termiese analise gekies word, is dit dus veiliger om die elemente wat met ○ in die Termies-kolom van die voorafgaande tabel gemerk is te gebruik, eerder as om die gemengde-VG-konsepte van strukturele analise toe te pas.

Strukturele en vlakelemente in analises wat groot vervorming in ag neem¶

In analises wat groot vervorming (geometriese nie-lineariteit) in ag neem, dit wil sê statiese of dinamiese analises met NONLINEAR in !SOLUTION (insluitend TYPE=NLSTATIC en TYPE=STATICEIGEN), kan sommige balk-, dop- en vlakelemente nie gebruik word nie of slegs onder bepaalde voorwaardes. As die model ’n nie-ondersteunde element bevat, stop die analise nadat dit begin het en voer Element type not supported for nonlinear static analysis uit.

Die enigste dopelement wat eindige rotasie kan hanteer, is 741. Vir dunwandige strukture met groot rotasies in ’n analise wat groot vervorming in ag neem, modelleer met 741. Balkelemente en gemengde-VG-elemente kan nie in sulke analises gebruik word nie; stel balkagtige lede dus met soliede elemente voor. INFINITESIMAL en CAUCHY is parameters van die materiaalsleutelwoord. → Sien !ELASTIC vir besonderhede.

Koppelaarelemente (vere en dempers)¶

Wanneer twee nodusse met ’n diskrete veer of demper verbind moet word, gebruik ’n 2-nodus-koppelaarelement (elementtipe 511). ’n Koppelaarelement verskaf slegs styfheid of demping tussen die twee gekoppelde nodusse; dit het geen geometrie, deursnit of massa nie.

Koppelaarelemente kan altesaam vier eienskappe voorstel: twee tipes vere en twee tipes dempers. Die voorgestelde eienskap word deur die materiaal wat aan die element toegeken is bepaal.

• Aksiale veer — ’n Veer wat langs die as wat die twee nodusse verbind werk. Die veerrigting volg die vervorming van die model. Spesifiseer dit met !SPRING_A.
• Veer met gespesifiseerde vryheidsgrade — ’n Veer wat ’n gespesifiseerde vryheidsgraad by een nodus met ’n gespesifiseerde vryheidsgraad by die ander nodus verbind. Die rigting word deur die vryheidsgraadnommers bepaal en volg nie vervorming nie. Verskillende veerkonstantes kan vir elke rigting gespesifiseer word. Spesifiseer dit met !SPRING_D.
• Aksiale demper — Demping wat langs die aksiale rigting werk. Spesifiseer dit met !DASHPOT_A.
• Demper met gespesifiseerde vryheidsgrade — Demping wat gespesifiseerde vryheidsgrade verbind. Spesifiseer dit met !DASHPOT_D.

Vere dra tot die styfheidsmatriks by, terwyl dempers tot die dempingsmatriks bydra. Vere werk dus in statiese, dinamiese en modale analises, terwyl dempers slegs in implisiete dinamiese analise werk, wat die dempingsmatriks saamstel, en geen uitwerking in statiese analise het nie.

Om ’n veer tussen ’n nodus en die grond te plaas eerder as tussen twee nodusse, gebruik die veerrandvoorwaarde (!SPRING) in plaas van ’n koppelaarelement. Dit is ’n randvoorwaarde wat ’n nodusvryheidsgraad elasties ondersteun sonder om ’n element te definieer.

Definieer ’n koppelaarelement in die maasdata as ’n element van tipe 511 en ken ’n seksie van seksietipe INTERFACE aan sy elementgroep toe. Spesifiseer veerkonstantes en dempingskoëffisiënte as materiale in die analisebeheerdata. → Vir besonderhede, sien !SPRING_A.

Definisies van verbinding en vlaknommers¶

Die volgende figure en tabelle toon die ooreenstemming tussen nodusvolgorde en vlaknommers in HEC-MW-formaat-invoer. Vir die verband tussen middelsynodusnommering in tweede-orde elemente en die volgorde wat deur FrontISTR se interne vormfunksie-implementering veronderstel word, sien "Elementbiblioteek" in die teoriehandleiding.

Lynelemente¶

Driehoekige vlakelemente¶

Vierhoekige vlakelemente¶

Tetraëdriese elemente¶

Pentaëdriese elemente¶

Heksaëdriese elemente¶

Balkelemente¶

Balkelement met 3-VG-nodusse¶

Nodusse 1 en 2 het translasievryheidsgrade, terwyl nodusse 3 en 4 rotasievryheidsgrade het.

Driehoekige dopelemente¶

Driehoekige dopelement met 3-VG-nodusse¶

Nodusse 1, 2 en 3 het translasievryheidsgrade, terwyl nodusse 4, 5 en 6 rotasievryheidsgrade het.

Vierhoekige dopelemente¶

Vierhoekige dopelement met 3-VG-nodusse¶

Nodusse 1, 2, 3 en 4 het translasievryheidsgrade, terwyl nodusse 5, 6, 7 en 8 rotasievryheidsgrade het.

Verwante onderwerpe¶

• Elementnommeringstelsel en vormfunksiebiblioteek (Kodering) — elementtipegetalle, vormfunksiebiblioteek en spesifikasies vir middelsynodusvolgorde
• Materiaaldata — materiaalmodelle wat aan elemente toegeken word
• !ELEMENT — sintaksis van die elementdefinisie-sleutelwoord
• !SECTION (Maasdata) — spesifikasie van elementtipe, materiaal, dikte en seksie
• !SECTION (Analisebeheerdata) — omskakeling van formulerings met FORM341, FORM361 en FORM611