Lineare statische Analyse (Elastizität)¶
Für diese Analyse werden die Daten aus tutorial/01_elastic_hinge verwendet.
Analysemodell¶
Das Analyseobjekt ist ein Scharnierbauteil. Die Geometrie ist in Abbildung 4.1.1 und die Netzdaten sind in Abbildung 4.1.2 dargestellt.
| Merkmal | Inhalt | Hinweise | Referenz |
|---|---|---|---|
| Analysetyp | Lineare statische Analyse | !SOLUTION,TYPE=STATIC | |
| Anzahl der Knoten | 84,056 | ||
| Anzahl der Elemente | 49,871 | ||
| Elementtyp | Quadratisches 10-Knoten-Tetraederelement | !ELEMENT,TYPE=342 | Elementbibliothek |
| Materialname | STEEL | !MATERIAL,NAME=STEEL | Materialdaten |
| Materialeigenschaften | ELASTIC | !ELASTIC | |
| Randbedingungen | Einspannung, konzentrierte Last | ||
| Matrixlöser | CG/SSOR | !SOLVER,METHOD=CG,PRECOND=1 |
Abbildung 4.1.1 Geometrie des Scharnierbauteils
Abbildung 4.1.2 Netzdaten des Scharnierbauteils
Analyseinhalt¶
Entpacken Sie den FrontISTR-Quellcode, wechseln Sie in das Verzeichnis dieses Beispiels und prüfen Sie, ob die für die Analyse erforderlichen folgenden Dateien
| Dateiname | Typ | Aufgabe |
|---|---|---|
hecmw_ctrl.dat | Gesamtsteuerungsdaten | Legt die Ein- und Ausgabedateien für Netzdaten und Analysesteuerungsdaten fest |
hinge.cnt | Analysesteuerungsdaten | Definiert Analyseart, Verschiebungsrandbedingungen, konzentrierte Lasten usw. und legt außerdem die Steuerung des Solvers und des Visualisierers fest |
hinge.msh | Netzdaten | Definiert das Finite-Elemente-Netz sowie dessen Material- und Abschnittsdaten |
vorhanden sind.
Ausgabe:
Es wird eine Spannungsanalyse durchgeführt, bei der die Verschiebung der in Abbildung 4.1.1 gezeigten eingespannten Flächen beschränkt und auf die Lastfläche eine konzentrierte Last aufgebracht wird. Die Gesamtsteuerungsdaten und die Analysesteuerungsdaten sind nachfolgend dargestellt.
Gesamtsteuerungsdaten hecmw_ctrl.dat¶
Legt die Ein- und Ausgabedateien für Netzdaten und Analysesteuerungsdaten fest.
#
# für den Solver
#
!MESH, NAME=fstrMSH, TYPE=HECMW-ENTIRE # Einzelne Netzdaten angeben
hinge.msh
!CONTROL, NAME=fstrCNT # Analysesteuerungsdaten angeben
hinge.cnt
!RESULT, NAME=fstrRES, IO=OUT # Ergebnisdaten angeben
hinge.res
!RESULT, NAME=vis_out, IO=OUT # Visualisierungsdaten angeben
hinge_vis
Analysesteuerungsdaten hinge.cnt¶
Definiert Analyseart, Verschiebungsrandbedingungen, konzentrierte Lasten usw. und legt außerdem die Steuerung des Solvers und des Visualisierers fest.
# Steuerdatei für FISTR
## Analysesteuerung
!VERSION # Version des Dateiformats angeben
3
!SOLUTION, TYPE=STATIC # Analyseart angeben
!WRITE,RESULT # Ausgabe der Ergebnisdaten angeben
!WRITE,VISUAL # Ausgabe der Visualisierungsdaten angeben
## Solversteuerung
### Randbedingungen
!BOUNDARY
BND0, 1, 3, 0.000000 # Einspannfläche 1 angeben
!BOUNDARY
BND1, 1, 3, 0.000000 # Einspannfläche 2 angeben
!CLOAD
CL0, 1, 0.01000 # Lastfläche angeben
### Material
!MATERIAL, NAME=STEEL # Materialeigenschaften angeben
!ELASTIC # Elastisches Material definieren
210000.0, 0.3
!DENSITY # Massendichte definieren
7.85e-6
### Solver-Einstellungen
!SOLVER,METHOD=CG,PRECOND=1,ITERLOG=YES,TIMELOG=YES # Solver steuern
10000, 1
1.0e-08, 1.0, 0.0
## Nachbearbeitungssteuerung
!VISUAL,method=PSR # Visualisierungsmethode angeben
!surface_num=1 # Anzahl der Flächen in einem Oberflächen-Rendering
!surface 1 # Inhalt der Fläche angeben
!output_type=VTK # Typ der Visualisierungsdatei angeben
!END # Ende der Analysesteuerungsdaten kennzeichnen
Netzdaten¶
Definiert das Finite-Elemente-Netz sowie dessen Material- und Abschnittsdaten.
(nur auszugsweise)
!HEADER
HECMW_Msh File generated by REVOCAP
!NODE
1, -1.22042, 2.23355, 1.65220
2, -1.27050, -3.10529, 1.59209
...
!ELEMENT, TYPE=342
1, 1157, 3549, 3321, 3739, 12629, 12627, 12626, 12628, 12631, 12630
2, 8207, 3321, 3549, 3739, 12629, 12633, 12632, 12634, 12630, 12631
...
!MATERIAL, NAME=STEEL, ITEM=2
!ITEM=1, SUBITEM=2
210000.0, 0.3
!ITEM=2, SUBITEM=1
7.85e-6
!SECTION, TYPE=SOLID, EGRP=Solid0, MATERIAL=STEEL
!EGROUP, EGRP=Solid0
1
2
...
!END
Analyseablauf¶
Führen Sie den FrontISTR-Ausführungsbefehl fistr1 aus.
(Ausführung mit 4 Threads)
##################################################################
# FrontISTR
#
##################################################################
---
version: 5.1.0
git_hash: acab000c8c633b7b9d596424769e14363f720841
build:
date: 2020-10-05T07:39:55Z
MPI: enabled
OpenMP: enabled
option: "-p --with-tools --with-refiner --with-metis --with-mumps --with-lapack --with-ml --with-mkl "
HECMW_METIS_VER: 5
execute:
date: 2020-10-07T10:01:16+0900
processes: 1
threads: 4
cores: 4
host:
0: flow-p06
---
...
Step control not defined! Using default step=1
fstr_setup: OK
Start visualize PSF 1 at timestep 0
loading step= 1
sub_step= 1, current_time= 0.0000E+00, time_inc= 0.1000E+01
loading_factor= 0.0000000 1.0000000
### 3x3 BLOCK CG, SSOR, 1
1 1.903375E+00
2 1.974378E+00
3 2.534627E+00
...
...
2967 1.080216E-08
2968 1.004317E-08
2969 9.375729E-09
### Relative residual = 9.39429E-09
### summary of linear solver
2969 iterations 9.394286E-09
set-up time : 1.953022E-01
solver time : 5.704201E+01
solver/comm time : 5.145826E-01
solver/matvec : 2.306329E+01
solver/precond : 2.632665E+01
solver/1 iter : 1.921253E-02
work ratio (%) : 9.909789E+01
Start visualize PSF 1 at timestep 1
### FSTR_SOLVE_NLGEOM FINISHED!
====================================
TOTAL TIME (sec) : 59.99
pre (sec) : 0.71
solve (sec) : 59.29
====================================
FrontISTR Completed !!
Wenn FrontISTR Completed !! angezeigt wird, ist die Analyse abgeschlossen.
Analyseergebnisse¶
Nach Abschluss der Analyse werden mehrere neue Dateien erzeugt.
Ausgabe:
0.log hecmw_ctrl.dat hinge.res.0.0 hinge_vis_psf.0001
FSTR.dbg.0 hecmw_vis.ini hinge.res.0.1 hinge_vis_psf.0001.pvtu
FSTR.msg hinge.cnt hinge_vis_psf.0000
FSTR.sta hinge.msh hinge_vis_psf.0000.pvtu
*.res.* sind Ergebnisdaten und enthalten die Analyseergebnisse von FrontISTR. Sie können beispielsweise mit REVOCAP_PrePost angezeigt werden.
*_vis_* sind Visualisierungsdaten und können mit allgemeiner Visualisierungssoftware angezeigt werden. In diesem Beispiel erfolgt die Ausgabe im VTK-Format, sodass sie beispielsweise mit ParaView dargestellt werden kann.
Mit REVOCAP_PrePost wird ein Konturdiagramm der von-Mises-Spannung erstellt und in Abbildung 4.1.3 dargestellt. Als numerische Daten der Analyseergebnisse wird außerdem ein Ausschnitt aus der Protokolldatei der Analyseergebnisse nachfolgend gezeigt.
Abbildung 4.1.3 Analyseergebnis der von-Mises-Spannung
Analyseergebnisprotokoll 0.log¶
fstr_setup: OK
#### Result step= 0
##### Local Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U2 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U3 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Local Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Global Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U2 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U3 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Global Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
#### Result step= 1
##### Local Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 3.9115E-02 82452 -7.1083E-04 65233
//U2 7.4504E-05 354 -5.8813E-04 696
//U3 5.9493E-04 84 -5.8751E-03 61080
//E11 1.3777E-03 130 -1.3653E-03 77625
//E22 4.9199E-04 61 -5.4370E-04 102
//E33 6.8634E-04 51036 -6.1176E-04 30070
//E12 7.1556E-04 27808 -6.8093E-04 27863
//E23 5.3666E-04 56 -5.4347E-04 82
//E31 7.2396E-04 36168 -9.6621E-04 130
//S11 3.8626E+02 130 -3.6387E+02 28580
//S22 1.6628E+02 130 -1.5743E+02 28580
//S33 1.6502E+02 30033 -1.5643E+02 28580
//S12 5.7795E+01 27808 -5.4998E+01 27863
//S23 4.3345E+01 56 -4.3896E+01 82
//S31 5.8474E+01 36168 -7.8040E+01 130
//SMS 2.8195E+02 77625 1.2755E-02 75112
##### Local Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 1.0731E-03 10485 -1.2123E-03 41779
//E22 3.9143E-04 33536 -4.1389E-04 22892
//E33 5.9415E-04 44563 -5.0497E-04 47965
//E12 5.3264E-04 9163 -5.0405E-04 9161
//E23 3.9226E-04 33024 -4.1464E-04 23465
//E31 5.7633E-04 43142 -4.8019E-04 9571
//S11 2.7231E+02 9180 -2.9763E+02 41779
//S22 1.0792E+02 9180 -1.0656E+02 41779
//S33 1.3921E+02 44569 -1.1431E+02 47974
//S12 4.3021E+01 9163 -4.0712E+01 9161
//S23 3.1683E+01 33024 -3.3490E+01 23465
//S31 4.6550E+01 43142 -3.8785E+01 9571
//SMS 2.4057E+02 41779 3.1383E-02 38687
##### Global Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 3.9115E-02 82452 -7.1083E-04 65233
//U2 7.4504E-05 354 -5.8813E-04 696
//U3 5.9493E-04 84 -5.8751E-03 61080
//E11 1.3777E-03 130 -1.3653E-03 77625
//E22 4.9199E-04 61 -5.4370E-04 102
//E33 6.8634E-04 51036 -6.1176E-04 30070
//E12 7.1556E-04 27808 -6.8093E-04 27863
//E23 5.3666E-04 56 -5.4347E-04 82
//E31 7.2396E-04 36168 -9.6621E-04 130
//S11 3.8626E+02 130 -3.6387E+02 28580
//S22 1.6628E+02 130 -1.5743E+02 28580
//S33 1.6502E+02 30033 -1.5643E+02 28580
//S12 5.7795E+01 27808 -5.4998E+01 27863
//S23 4.3345E+01 56 -4.3896E+01 82
//S31 5.8474E+01 36168 -7.8040E+01 130
//SMS 2.8195E+02 77625 1.2755E-02 75112
##### Global Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 1.0731E-03 10485 -1.2123E-03 41779
//E22 3.9143E-04 33536 -4.1389E-04 22892
//E33 5.9415E-04 44563 -5.0497E-04 47965
//E12 5.3264E-04 9163 -5.0405E-04 9161
//E23 3.9226E-04 33024 -4.1464E-04 23465
//E31 5.7633E-04 43142 -4.8019E-04 9571
//S11 2.7231E+02 9180 -2.9763E+02 41779
//S22 1.0792E+02 9180 -1.0656E+02 41779
//S33 1.3921E+02 44569 -1.1431E+02 47974
//S12 4.3021E+01 9163 -4.0712E+01 9161
//S23 3.1683E+01 33024 -3.3490E+01 23465
//S31 4.6550E+01 43142 -3.8785E+01 9571
//SMS 2.4057E+02 41779 3.1383E-02 38687