Към съдържанието

Гранични условия и натоварвания

В FrontISTR граничните условия и натоварванията за структурен, топлопроводен и динамичен анализ се задават чрез ключови думи. При статичен структурен анализ зададените гранични условия и натоварвания се групират по идентификатор на група и се активират за всяка стъпка чрез !STEP, използвайки реда BOUNDARY или LOAD. И при динамичен анализ !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION и !SPRING за неявния метод могат да се активират по групи от !STEP. Условията, които се изменят с времето, се мащабират чрез !AMPLITUDE, а линейните зависимости между няколко степени на свобода се задават чрез !EQUATION.

Общ преглед на функциите

Граничните условия и натоварванията могат да се класифицират според типа анализ, както следва.

Тип анализ Основни ключови думи Предназначение
Структурен анализ !BOUNDARY Прилага фиксирани ограничения, зададени премествания и зададено завъртане около център на въртене.
Структурен анализ !CLOAD Прилага концентрирани възлови сили, моменти върху ротационни степени на свобода и въртящ момент около център на въртене.
Структурен анализ !DLOAD Прилага повърхностно налягане, повърхностни натоварвания, обемни сили, гравитация и центробежна сила.
Структурен анализ !SPRING Прилага пружинни опори към възлови степени на свобода.
Структурен анализ !TEMPERATURE Задава директно възловите температури, използвани при анализ на термични напрежения, или ги прочита от резултатен файл.
Динамичен анализ !VELOCITY, !ACCELERATION Прилага начална скорост или ускорение, или зададени скорост или ускорение, променящи се с времето.
Анализ на топлопроводност !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Прилага фиксирана температура, топлинен поток, конвекция и лъчение.
Общи !AMPLITUDE Задава в табличен вид мащабни коефициенти за гранични условия и натоварвания, променящи се с времето.
Дефиниране на мрежата !EQUATION Определя уравнения за многоточкови ограничения.

При структурен анализ номерата на степените на свобода 1, 2 и 3 обикновено се разглеждат като транслационни степени на свобода, а 4, 5 и 6 — като ротационни. Ротационните степени на свобода имат смисъл при модели с 6 степени на свобода, например с черупкови и гредови елементи. При модели, съдържащи само 2-мерни или 3-мерни обемни елементи, задавайте ограничения и натоварвания само в диапазона от степени на свобода, който притежават съответните възли.

Ограничения на преместването при структурен анализ

Ограниченията на преместването се задават чрез !BOUNDARY. За възел или група възли се задават диапазон от степени на свобода и стойност. Стойност 0 определя фиксирано ограничение, а стойност, различна от 0 — зададено преместване или зададено завъртане.

При структурен анализ !BOUNDARY приема диапазон от степени на свобода от 1 до 6. 1–3 съответстват на транслационно преместване, а 4–6 — на ротационни ограничения при възли, които имат ротационни степени на свобода. Тъй като диапазон от степени на свобода може да се зададе наведнъж, например транслацията може да се ограничи чрез едновременно фиксиране на 1–3.

Когато е зададен параметърът AMP, предписаната стойност се изменя с времето според функцията на амплитудата. При обикновена спецификация зададеното преместване се прилага прирастно според коефициента на натоварване в стъпката или изменението на функцията на амплитудата. Когато е зададено TOTAL=YES, зададената стойност се разглежда като целево общо преместване.

Когато е зададено ROT_CENTER, може да се приложи ротационно ограничение спрямо централна група възли. При тази спецификация транслационните премествания на целевата група възли се изчисляват от ъгъла на завъртане и се налагат като ограничения. Комбинацията ROT_CENTER и TOTAL=YES не се поддържа, затова ротационните ограничения около център на въртене се използват като прирастни спецификации.

Концентрирани натоварвания при структурен анализ

Концентрираните възлови натоварвания се задават чрез !CLOAD. Когато са зададени възел или група възли, номер на степен на свобода и стойност на натоварването, натоварването се включва в дясната страна за съответната степен на свобода.

Стойностите, зададени за транслационните степени на свобода 1–3, се разглеждат като възлови сили по координатните направления. При модели с ротационни степени на свобода стойностите, зададени за 4–6, могат да прилагат моменти към ротационните степени на свобода. Когато е зададен параметърът AMP, концентрираното натоварване се умножава по стойността на функцията на амплитудата.

Когато е зададено ROT_CENTER, натоварването се прилага като въртящ момент около централната група възли. В този случай зададеният вектор на въртящия момент се разпределя като възлови сили въз основа на радиус-векторите от центъра до целевите възли. Тъй като въртящ момент не може да се разпредели, когато центърът и целевият възел са в една и съща позиция, трябва да се провери геометричната връзка между центъра на въртене и точките на натоварване.

Необходимо е внимание, когато !CLOAD е зададено за група възли в модел, който използва и !MESH с REFINE (рафиниране на мрежата, Refiner). Рафинирането създава нови междинни възли по ръбовете, включени в първоначалната група възли, и тези възли също се добавят към същата група. Тъй като !CLOAD задава една и съща стойност на концентрираното натоварване за всеки възел от групата, същото натоварване се прилага и към добавените междинни възли, което води до общо натоварване, различно от предвиденото преди рафинирането. При задаване на концентрирани натоварвания чрез група възли отчетете увеличаването на точките на натоварване след рафиниране или, за предпочитане, задавайте директно отделни възли.

Разпределени натоварвания и обемни сили при структурен анализ

Разпределените натоварвания и обемните сили се задават чрез !DLOAD. !DLOAD задава тип натоварване и параметри за група елементи или група повърхнини. Изменението с времето се задава чрез параметъра AMP.

Основните типове натоварване са следните.

Тип натоварване Описание
P0, PP, P1–P6 Прилага налягане върху лице на елемент. Съответствието между номерата на лицата и лицата на елемента зависи от типа елемент.
PX, PY, PZ Задава налягане с явно координатно направление. При обработката на входните данни то се преобразува във вектор на посоката.
S... Прилага повърхностно натоварване към група повърхнини. Номерът на лицето се получава от дефиницията на групата повърхнини.
BX, BY, BZ Прилага обемна сила в координатно направление.
GRAV Задава вектора на гравитационното ускорение. Той се комбинира с плътността на материала и се включва като обемна сила.
CENT Прилага центробежна сила въз основа на ос на въртене и ъглова скорост.

Когато е зададено FOLLOW=YES, повърхностното налягане следва ориентацията на деформираната повърхност. Тази спецификация има смисъл при структурен анализ, който отчита крайни деформации. При анализи с изключена геометрична нелинейност следящото налягане е деактивирано от реализацията.

Както при P1–P6 и S1–S6 от страната на топлинния анализ, смисълът на номерата на лицата се различава според типа елемент. За конкретното съответствие на номерата на лицата и реда на полетата с данни вижте справочника за съответната ключова дума.

Пружинни опори при структурен анализ

Пружинните опори се задават с !SPRING. Когато се зададат възел или група възли, номер на степен на свобода и коравина на пружината, коравината на пружината се добавя към диагоналната коравина на съответната степен на свобода, а реакционната сила на пружината се включва в дясната страна като вътрешна сила.

Когато се зададе за степени на свобода 1 до 3, опората се третира като транслационна пружина. При модели с ротационни степени на свобода задаването на 4 до 6 позволява използването на ротационни пружини. Проверете конфигурацията на степените на свобода, за да не се задават пружини на степени на свобода, които липсват в целевия модел.

Базовото преместване, на което пружината противодейства, се избира с параметъра INCREMENTAL. При стойността по подразбиране INCREMENTAL=NO се включва реакция на пружината, пропорционална на натрупаното преместване от началото на анализа. С други думи, вътрешната сила е произведението на коравината на пружината и натрупаното преместване. При INCREMENTAL=YES базовото положение на пружината се задава отново при всеки прираст към сходимото състояние от предходния прираст и се включва реакция на пружината, пропорционална само на прираста на преместването в текущия прираст. Така вътрешната сила е произведението на коравината на пружината и прираста на преместването в текущия прираст, а преместването от предходните прирасти не допринася за реакцията на пружината.

Изменението на коравината на пружината във времето се задава с параметъра AMP. При задаване на име на амплитудна функция коравината на пружината се умножава по стойността на амплитудната функция. Стойността на амплитудата се оценява в крайния момент на текущия прираст, което позволява да се представят опори, които се включват или освобождават по време на стъпка. Ако AMP не е зададен, коравината на пружината не се променя във времето чрез амплитудна функция.

И INCREMENTAL, и AMP са валидни както при статичен анализ, така и при неявен динамичен анализ. За включване или изключване на самата пружинна опора по стъпки използвайте идентификатора на групата и задаването LOAD в !STEP.

Температурни натоварвания при структурен анализ

Използвайте !TEMPERATURE, за да приложите натоварвания поради термична деформация в структурен анализ. Когато е зададена температура за всеки възел или група възли, еквивалентните възлови сили за анализ на термични напрежения се асемблират въз основа на разликата спрямо референтната или предходната температура. Коефициентът на топлинно разширение се задава в дефиницията на материала. Референтната температура се задава чрез !REFTEMP.

Температурата може да бъде зададена директно в управляващия файл или прочетена от резултатен файл, получен от анализ на топлопроводност или друг анализ. Когато е зададено READRESULT, възловите температури от редовете с данни не се четат; вместо това се четат резултатните данни, зададени чрез SSTEP, INTERVAL, READTYPE и свързаните параметри. Когато се използва резултатен файл, записаното в него време или номер на стъпка трябва да съответства на спецификацията от страната на структурния анализ.

Тъй като !TEMPERATURE няма параметър AMP, то не се мащабира чрез функция на амплитудата. За изменение на температурната история управлявайте самите температурни данни, резултатите от топлинния анализ, които се прочитат, или подразделянето на стъпките.

Начални условия и зададени стойности при динамичен анализ (скорост и ускорение)

При динамичен анализ !VELOCITY и !ACCELERATION могат да задават начални условия или предписани стойности за скорост или ускорение. И двете задават възел или група възли, диапазон от степени на свобода и стойност. Диапазонът е 1–6; при модели с ротационни степени на свобода 4–6 съответстват на ъглова скорост или ъглово ускорение.

TYPE=INITIAL задава началната скорост или началното ускорение в началото на анализа. Когато е зададена начална скорост, началното ускорение се изчислява така, че да е съгласувано с уравнението на движение. Когато е зададено начално ускорение, съществува път за изчисляване на началната скорост.

TYPE=TRANSIT задава предписана скорост или ускорение, изменящи се с времето. Ако TYPE е пропуснато, се приема TRANSIT. Когато е зададено AMP, функцията на амплитудата се интерполира за времето на динамичния анализ и се умножава по предписаната стойност.

Многоточкови ограничения

Използвайте функцията за многоточкови ограничения, когато между няколко възлови степени на свобода трябва да бъде наложена линейна зависимост. Съответната ключова дума е !EQUATION, която може да изразява зависимости като твърдо свързване, периодични граници и зависимости на преместванията между възли, които трудно се представят чрез фиксирано ограничение върху един възел и една степен на свобода.

За указания относно използването на многоточкови ограничения, обработката им от линейния решаващ алгоритъм и връзката им с други функции за свързване на степени на свобода, като контакт TIED, вижте Многоточкови ограничения.

Гранични условия при анализ на топлопроводност

При анализ на топлопроводност фиксирана температура, топлинен поток, конвекция и лъчение се прилагат като гранични условия. Отделно от !STEP за структурен анализ, времевото управление при топлинен анализ се задава чрез !HEAT.

Ключова дума Обект Описание Спецификация на амплитудата
!FIXTEMP Възел или група възли Фиксира температура. AMP
!CFLUX Възел или група възли Прилага концентриран възлов топлинен поток. AMP
!DFLUX Елемент или група елементи Прилага разпределен топлинен поток към обема или лице на елемент. AMP
!SFLUX Група повърхнини Прилага топлинен поток към група повърхнини. AMP
!FILM Елемент или група елементи Прилага конвективно гранично условие към лице на елемент. AMP1, AMP2
!SFILM Група повърхнини Прилага конвективно гранично условие към група повърхнини. AMP1, AMP2
!RADIATE Елемент или група елементи Прилага радиационно гранично условие към лице на елемент. AMP1, AMP2
!SRADIATE Група повърхнини Прилага радиационно гранично условие към група повърхнини. AMP1, AMP2

При !DFLUX BF означава обемно топлоотделяне, а S0–S6 — топлинен поток върху лица на елемента. При !FILM лицата на елемента се задават чрез F0–F6, а при !RADIATE — чрез R0–R6. Тъй като съответствието между номерата на лицата и действителните лица зависи от типа елемент, за подробности вижте справочника за всяка ключова дума.

Конвективното гранично условие задава коефициент на конвекция и външна температура. Радиационното гранично условие задава коефициент, еквивалентен на емисивност, и температура на околната среда. AMP1 съответства на коефициента, а AMP2 — на външната или околната температура, което позволява независимо изменение във времето за всяка от тях.

Функции на амплитудата

Функцията на амплитудата определя изменението във времето на гранично условие или натоварване чрез таблица от времена и стойности. Във входните данни именувана времева таблица се дефинира с !AMPLITUDE и се посочва чрез параметъра AMP, AMP1 или AMP2 на съответната ключова дума.

Основните приложими ключови думи са следните.

!AMPLITUDE се чете в табличен вид (DEFINITION=TABULAR), а типът време се разглежда като време на стъпката (TIME=STEP). Стойностите могат да бъдат зададени като относителни или абсолютни, но за отделните ключови думи обикновено се използват като коефициенти, умножаващи базова стойност.

!TEMPERATURE не се управлява от амплитудни функции.

Свързани теми