Μετάβαση στο περιεχόμενο

Οριακές συνθήκες και φορτία

Στο FrontISTR οι οριακές συνθήκες και τα φορτία για δομική, θερμική και δυναμική ανάλυση ορίζονται με λέξεις-κλειδιά. Στη στατική δομική ανάλυση, οι ορισμένες συνθήκες και τα φορτία ομαδοποιούνται με ID ομάδας και ενεργοποιούνται ανά βήμα μέσω των γραμμών BOUNDARY ή LOAD του !STEP. Και στη δυναμική ανάλυση, τα !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION και, στην έμμεση μέθοδο, το !SPRING μπορούν να ενεργοποιούνται ανά ομάδα από το !STEP. Για χρονικά μεταβαλλόμενες συνθήκες χρησιμοποιείται !AMPLITUDE, ενώ γραμμικές σχέσεις μεταξύ πολλών βαθμών ελευθερίας ορίζονται με !EQUATION.

Επισκόπηση λειτουργιών

Οι οριακές συνθήκες και τα φορτία ταξινομούνται ανά τύπο ανάλυσης ως εξής.

Τύπος ανάλυσης Κύριες λέξεις-κλειδιά Χρήση
Δομική ανάλυση !BOUNDARY Επιβάλλει πάκτωση, επιβαλλόμενη μετατόπιση ή επιβαλλόμενη περιστροφή γύρω από κέντρο περιστροφής.
Δομική ανάλυση !CLOAD Επιβάλλει συγκεντρωμένη κομβική δύναμη, ροπή σε περιστροφικό βαθμό ελευθερίας ή ροπή στρέψης γύρω από κέντρο περιστροφής.
Δομική ανάλυση !DLOAD Επιβάλλει επιφανειακή πίεση, επιφανειακό φορτίο, ογκομετρική δύναμη, βαρύτητα ή φυγόκεντρη δύναμη.
Δομική ανάλυση !SPRING Επιβάλλει ελατηριακή στήριξη σε κομβικό βαθμό ελευθερίας.
Δομική ανάλυση !TEMPERATURE Καθορίζει απευθείας ή διαβάζει από αρχείο αποτελεσμάτων κομβικές θερμοκρασίες για θερμική ανάλυση τάσεων.
Δυναμική ανάλυση !VELOCITY, !ACCELERATION Καθορίζει αρχική ταχύτητα/επιτάχυνση ή χρονικά μεταβαλλόμενη επιβαλλόμενη ταχύτητα/επιτάχυνση.
Ανάλυση αγωγής θερμότητας !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Επιβάλλει σταθερή θερμοκρασία, θερμική ροή, συναγωγή και ακτινοβολία.
Κοινό !AMPLITUDE Καθορίζει σε πίνακα τον χρονικά μεταβαλλόμενο συντελεστή οριακών συνθηκών και φορτίων.
Ορισμός πλέγματος !EQUATION Ορίζει εξισώσεις περιορισμών πολλαπλών σημείων.

Στη δομική ανάλυση οι αριθμοί βαθμών ελευθερίας είναι συνήθως 1, 2, 3 για μεταφορές και 4, 5, 6 για περιστροφές. Οι περιστροφικοί βαθμοί ελευθερίας έχουν νόημα σε μοντέλα 6 βαθμών ελευθερίας, όπως κελύφη και δοκοί. Σε μοντέλα που περιέχουν μόνο 2 διαστάσεων ή 3 διαστάσεων στερεά στοιχεία, οι περιορισμοί και τα φορτία πρέπει να καθορίζονται μέσα στο εύρος βαθμών ελευθερίας που διαθέτουν οι αντίστοιχοι κόμβοι.

Περιορισμοί μετατόπισης στη δομική ανάλυση

Οι περιορισμοί μετατόπισης καθορίζονται με !BOUNDARY. Για έναν κόμβο ή ομάδα κόμβων δίνονται το εύρος βαθμών ελευθερίας και η τιμή. Τιμή 0 σημαίνει πάκτωση, ενώ τιμή διαφορετική από 0 σημαίνει επιβαλλόμενη μετατόπιση ή περιστροφή.

Στη δομική ανάλυση, το !BOUNDARY δέχεται εύρος βαθμών ελευθερίας από 1 έως 6. Οι 1–3 αντιστοιχούν σε μεταφορικές μετατοπίσεις και οι 4–6 σε περιστροφικούς περιορισμούς κόμβων που διαθέτουν περιστροφικούς βαθμούς ελευθερίας. Μπορεί να καθοριστεί ολόκληρο εύρος, π.χ. να πακτωθούν ταυτόχρονα οι 1–3 για περιορισμό των μεταφορών.

Με την παράμετρο AMP, η τιμή περιορισμού μεταβάλλεται χρονικά μέσω συνάρτησης πλάτους. Στη συνήθη περίπτωση η επιβαλλόμενη μετατόπιση εφαρμόζεται ως αύξηση σύμφωνα με τον συντελεστή φόρτισης ή τη μεταβολή της συνάρτησης πλάτους μέσα στο βήμα. Με TOTAL=YES, η καθορισμένη τιμή αντιμετωπίζεται ως στόχος συνολικής μετατόπισης.

Με ROT_CENTER μπορεί να επιβληθεί περιστροφικός περιορισμός ως προς μια ομάδα κεντρικών κόμβων. Η μεταφορική μετατόπιση των κόμβων στόχου υπολογίζεται από την περιστροφή. Ο συνδυασμός ROT_CENTER και TOTAL=YES δεν υποστηρίζεται, επομένως ο περιστροφικός περιορισμός γύρω από κέντρο χρησιμοποιείται ως αυξητική επιβολή.

Συγκεντρωμένα φορτία στη δομική ανάλυση

Τα συγκεντρωμένα κομβικά φορτία καθορίζονται με !CLOAD. Δίνοντας κόμβο ή ομάδα κόμβων, αριθμό βαθμού ελευθερίας και τιμή φορτίου, το φορτίο εισάγεται στο δεξί μέλος για αυτόν τον βαθμό ελευθερίας.

Οι τιμές στους μεταφορικούς βαθμούς 1–3 αντιμετωπίζονται ως κομβικές δυνάμεις στις αντίστοιχες διευθύνσεις. Σε μοντέλα με περιστροφικούς βαθμούς ελευθερίας, οι 4–6 επιβάλλουν ροπές. Με AMP, το συγκεντρωμένο φορτίο πολλαπλασιάζεται με την τιμή της συνάρτησης πλάτους.

Με ROT_CENTER, το φορτίο δίνεται ως ροπή στρέψης γύρω από ομάδα κεντρικών κόμβων. Το διάνυσμα ροπής κατανέμεται σε κομβικές δυνάμεις βάσει των διανυσμάτων θέσης από το κέντρο προς τους κόμβους στόχου. Αν κέντρο και κόμβος στόχου συμπίπτουν, η ροπή δεν μπορεί να κατανεμηθεί, επομένως πρέπει να ελέγχεται η γεωμετρική σχέση κέντρου και σημείων φόρτισης.

Απαιτείται προσοχή όταν !CLOAD εφαρμόζεται σε ομάδα κόμβων και χρησιμοποιείται ταυτόχρονα REFINE του !MESH (λεπτοποίηση πλέγματος, Refiner). Η λεπτοποίηση δημιουργεί νέους ενδιάμεσους κόμβους στις ακμές που ανήκουν στην αρχική ομάδα και τους προσθέτει στην ίδια ομάδα. Επειδή το !CLOAD εφαρμόζει την ίδια τιμή συγκεντρωμένου φορτίου σε κάθε κόμβο της ομάδας, το φορτίο εφαρμόζεται και στους νέους κόμβους, αλλάζοντας το συνολικό φορτίο σε σχέση με το αρχικό. Όταν χρησιμοποιούνται ομάδες κόμβων για συγκεντρωμένα φορτία, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η αύξηση των σημείων φόρτισης ή να καθορίζονται απευθείας μεμονωμένοι κόμβοι.

Κατανεμημένα φορτία και ογκομετρικές δυνάμεις στη δομική ανάλυση

Τα κατανεμημένα φορτία και οι ογκομετρικές δυνάμεις καθορίζονται με !DLOAD. Η !DLOAD καθορίζει τύπο φορτίου και παραμέτρους για μια ομάδα στοιχείων ή επιφανειών. Η χρονική μεταβολή καθορίζεται με την παράμετρο AMP.

Οι κύριοι τύποι φορτίου είναι οι ακόλουθοι.

Τύπος φορτίου Περιεχόμενο
P0, PP, P1–P6 Επιβάλλει πίεση σε επιφάνεια στοιχείου. Η αντιστοιχία αριθμού επιφάνειας εξαρτάται από τον τύπο στοιχείου.
PX, PY, PZ Πίεση με ρητή διεύθυνση συντεταγμένων, η οποία μετατρέπεται σε διάνυσμα διεύθυνσης κατά την είσοδο.
S... Επιφανειακό φορτίο σε ομάδα επιφανειών. Ο αριθμός επιφάνειας λαμβάνεται από τον ορισμό της ομάδας.
BX, BY, BZ Επιβάλλει ογκομετρική δύναμη σε διεύθυνση συντεταγμένων.
GRAV Επιβάλλει διάνυσμα επιτάχυνσης βαρύτητας, το οποίο συνδυάζεται με την πυκνότητα υλικού ως ογκομετρική δύναμη.
CENT Επιβάλλει φυγόκεντρη δύναμη βάσει άξονα περιστροφής και γωνιακής ταχύτητας.

Με FOLLOW=YES, η επιφανειακή πίεση ακολουθεί τον προσανατολισμό της παραμορφωμένης επιφάνειας. Η επιλογή έχει νόημα σε δομική ανάλυση πεπερασμένων παραμορφώσεων. Όταν η γεωμετρική μη γραμμικότητα είναι απενεργοποιημένη, η ακόλουθη πίεση απενεργοποιείται στην υλοποίηση.

Όπως στα P1–P6 και στα S1–S6 της θερμικής ανάλυσης, η σημασία του αριθμού επιφάνειας διαφέρει ανά τύπο στοιχείου. Για την αντιστοιχία και τη σειρά των γραμμών δεδομένων ανατρέξτε στην αναφορά λέξεων-κλειδιών.

Ελατηριακές στηρίξεις στη δομική ανάλυση

Οι ελατηριωτές στηρίξεις καθορίζονται με το !SPRING. Όταν δίνονται κόμβος ή ομάδα κόμβων, αριθμός βαθμού ελευθερίας και σταθερά ελατηρίου, η δυσκαμψία του ελατηρίου προστίθεται στη διαγώνια δυσκαμψία του αντίστοιχου βαθμού ελευθερίας και η δύναμη αντίδρασης του ελατηρίου ενσωματώνεται στο δεξί μέλος ως εσωτερική δύναμη.

Όταν καθορίζεται για τους βαθμούς ελευθερίας 1 έως 3, η στήριξη αντιμετωπίζεται ως μεταφορικό ελατήριο. Σε μοντέλα με περιστροφικούς βαθμούς ελευθερίας, με τον καθορισμό 4 έως 6 μπορούν να χρησιμοποιηθούν περιστροφικά ελατήρια. Ελέγξτε τη διαμόρφωση των βαθμών ελευθερίας ώστε να μην εκχωρούνται ελατήρια σε βαθμούς ελευθερίας που δεν υπάρχουν στο μοντέλο-στόχο.

Η αναφορά μετατόπισης στην οποία αντιστέκεται το ελατήριο επιλέγεται με την παράμετρο INCREMENTAL. Με την προεπιλογή INCREMENTAL=NO, ενσωματώνεται δύναμη αντίδρασης ελατηρίου ανάλογη της συσσωρευμένης μετατόπισης από την αρχή της ανάλυσης. Δηλαδή, η εσωτερική δύναμη είναι το γινόμενο της σταθεράς του ελατηρίου και της συσσωρευμένης μετατόπισης. Με INCREMENTAL=YES, η θέση αναφοράς του ελατηρίου επανακαθορίζεται σε κάθε αύξηση στην κατάσταση σύγκλισης της προηγούμενης αύξησης και ενσωματώνεται μόνο δύναμη αντίδρασης ανάλογη της αύξησης μετατόπισης μέσα στην τρέχουσα αύξηση. Έτσι, η εσωτερική δύναμη είναι το γινόμενο της σταθεράς του ελατηρίου και της αύξησης μετατόπισης στην τρέχουσα αύξηση, ενώ η μετατόπιση από προηγούμενες αυξήσεις δεν συνεισφέρει στην αντίδραση του ελατηρίου.

Η χρονική μεταβολή της σταθεράς του ελατηρίου δίνεται με την παράμετρο AMP. Όταν καθορίζεται όνομα συνάρτησης πλάτους, η σταθερά του ελατηρίου πολλαπλασιάζεται με την τιμή της συνάρτησης πλάτους. Η τιμή πλάτους αξιολογείται στον τελικό χρόνο της τρέχουσας αύξησης, επιτρέποντας την αναπαράσταση στηρίξεων που εμπλέκονται ή απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια ενός βήματος. Αν δεν καθοριστεί AMP, η σταθερά του ελατηρίου δεν μεταβάλλεται χρονικά από συνάρτηση πλάτους.

Τόσο το INCREMENTAL όσο και το AMP ισχύουν στη στατική ανάλυση και στην έμμεση δυναμική ανάλυση. Για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση της ίδιας της ελατηριωτής στήριξης ανά βήμα, χρησιμοποιήστε το ID ομάδας και τον καθορισμό LOAD του !STEP.

Θερμικά φορτία στη δομική ανάλυση

Για φορτίο λόγω θερμικής παραμόρφωσης χρησιμοποιήστε !TEMPERATURE. Με καθορισμό θερμοκρασίας ανά κόμβο ή ομάδα κόμβων, συναρμολογούνται ισοδύναμες κομβικές δυνάμεις θερμικής τάσης βάσει της διαφοράς από τη θερμοκρασία αναφοράς ή την προηγούμενη θερμοκρασία. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής δίνεται στον ορισμό υλικού και η θερμοκρασία αναφοράς με !REFTEMP.

Η θερμοκρασία μπορεί να δοθεί απευθείας στο αρχείο ελέγχου ή να διαβαστεί από αρχείο αποτελεσμάτων θερμικής ανάλυσης. Με READRESULT δεν διαβάζονται οι κομβικές θερμοκρασίες των γραμμών δεδομένων, αλλά τα αποτελέσματα που καθορίζονται με SSTEP, INTERVAL, READTYPE κ.λπ. Όταν χρησιμοποιείται αρχείο αποτελεσμάτων, ο χρόνος αποθήκευσης και ο αριθμός βήματος πρέπει να αντιστοιχούν στις ρυθμίσεις της δομικής ανάλυσης.

Το !TEMPERATURE δεν έχει παράμετρο AMP και επομένως δεν ελέγχεται με πολλαπλασιαστή συνάρτησης πλάτους. Για μεταβαλλόμενο ιστορικό θερμοκρασίας, ελέγξτε τα ίδια τα δεδομένα θερμοκρασίας, τα θερμικά αποτελέσματα που διαβάζονται ή τη διαίρεση σε βήματα.

Αρχικές συνθήκες και επιβαλλόμενες τιμές δυναμικής ανάλυσης (ταχύτητα και επιτάχυνση)

Στη δυναμική ανάλυση, τα !VELOCITY και !ACCELERATION καθορίζουν αρχικές ή επιβαλλόμενες τιμές ταχύτητας/επιτάχυνσης. Και τα δύο δέχονται κόμβο ή ομάδα, εύρος βαθμών ελευθερίας και τιμή. Το εύρος είναι 1–6, με τους 4–6 να αντιστοιχούν σε γωνιακή ταχύτητα ή επιτάχυνση σε μοντέλα που διαθέτουν περιστροφικούς βαθμούς.

Το TYPE=INITIAL καθορίζει αρχική ταχύτητα ή επιτάχυνση κατά την έναρξη της ανάλυσης. Όταν δίνεται αρχική ταχύτητα, υπολογίζεται η αρχική επιτάχυνση ώστε να είναι συνεπής με την εξίσωση κίνησης. Υπάρχει επίσης διαδρομή υπολογισμού αρχικής ταχύτητας όταν δίνεται αρχική επιτάχυνση.

Το TYPE=TRANSIT καθορίζει χρονικά μεταβαλλόμενη επιβαλλόμενη ταχύτητα ή επιτάχυνση. Αν παραλειφθεί το TYPE, θεωρείται TRANSIT. Με AMP, η συνάρτηση πλάτους παρεμβάλλεται στον χρόνο της δυναμικής ανάλυσης και πολλαπλασιάζει την επιβαλλόμενη τιμή.

Περιορισμοί πολλαπλών σημείων

Για επιβολή γραμμικής σχέσης μεταξύ πολλών κομβικών βαθμών ελευθερίας χρησιμοποιήστε περιορισμούς πολλαπλών σημείων. Η αντίστοιχη λέξη-κλειδί είναι !EQUATION, με την οποία μπορούν να εκφραστούν άκαμπτες συζεύξεις, περιοδικά όρια και σχέσεις μετατοπίσεων μεταξύ κόμβων που δεν εκφράζονται εύκολα με μονοσημειακή πάκτωση.

Για την επιλογή περιορισμών πολλαπλών σημείων, τη μέθοδο επεξεργασίας στον γραμμικό επιλυτή και τη σχέση με άλλες συζεύξεις βαθμών ελευθερίας (όπως επαφή TIED), ανατρέξτε στους Περιορισμούς πολλαπλών σημείων.

Οριακές συνθήκες ανάλυσης αγωγής θερμότητας

Στην ανάλυση αγωγής θερμότητας, ως οριακές συνθήκες δίνονται σταθερή θερμοκρασία, θερμική ροή, συναγωγή και ακτινοβολία. Ο χρονικός έλεγχος της θερμικής ανάλυσης καθορίζεται με !HEAT, ανεξάρτητα από το !STEP της δομικής ανάλυσης.

Λέξη-κλειδί Στόχος Περιεχόμενο Πλάτος
!FIXTEMP Κόμβος ή ομάδα κόμβων Σταθεροποιεί τη θερμοκρασία. AMP
!CFLUX Κόμβος ή ομάδα κόμβων Επιβάλλει συγκεντρωμένη κομβική θερμική ροή. AMP
!DFLUX Στοιχείο ή ομάδα στοιχείων Επιβάλλει κατανεμημένη θερμική ροή στον όγκο ή σε επιφάνεια στοιχείου. AMP
!SFLUX Ομάδα επιφανειών Επιβάλλει θερμική ροή σε ομάδα επιφανειών. AMP
!FILM Στοιχείο ή ομάδα στοιχείων Επιβάλλει οριακή συνθήκη συναγωγής σε επιφάνεια στοιχείου. AMP1, AMP2
!SFILM Ομάδα επιφανειών Επιβάλλει συναγωγή σε ομάδα επιφανειών. AMP1, AMP2
!RADIATE Στοιχείο ή ομάδα στοιχείων Επιβάλλει οριακή συνθήκη ακτινοβολίας σε επιφάνεια στοιχείου. AMP1, AMP2
!SRADIATE Ομάδα επιφανειών Επιβάλλει ακτινοβολία σε ομάδα επιφανειών. AMP1, AMP2

Στο !DFLUX, το BF δηλώνει ογκομετρική παραγωγή θερμότητας και τα S0–S6 θερμική ροή σε επιφάνεια στοιχείου. Στο !FILM οι επιφάνειες καθορίζονται με F0–F6 και στο !RADIATE με R0–R6. Η αντιστοιχία αριθμών με πραγματικές επιφάνειες εξαρτάται από τον τύπο στοιχείου· ανατρέξτε στις αντίστοιχες λέξεις-κλειδιά.

Για συναγωγή δίνονται ο συντελεστής συναγωγής και η εξωτερική θερμοκρασία. Για ακτινοβολία δίνονται συντελεστής αντίστοιχος της εκπεμπτικότητας και θερμοκρασία περιβάλλοντος. Το AMP1 αντιστοιχεί στον συντελεστή και το AMP2 στην εξωτερική/περιβαλλοντική θερμοκρασία, επιτρέποντας ανεξάρτητη χρονική μεταβολή.

Συναρτήσεις πλάτους

Οι συναρτήσεις πλάτους ορίζουν τη χρονική μεταβολή οριακών συνθηκών και φορτίων μέσω πίνακα χρόνου–τιμής. Στην είσοδο ορίζεται ονομασμένος πίνακας με !AMPLITUDE και αναφέρεται από τις παραμέτρους AMP, AMP1 ή AMP2 της αντίστοιχης λέξης-κλειδιού.

Οι κύριες υποστηριζόμενες λέξεις-κλειδιά είναι οι ακόλουθες.

Το !AMPLITUDE διαβάζεται σε πινακοποιημένη μορφή (DEFINITION=TABULAR) και ο τύπος χρόνου αντιμετωπίζεται ως χρόνος βήματος (TIME=STEP). Οι τιμές μπορούν να οριστούν ως σχετικές ή απόλυτες, αλλά στις επιμέρους λέξεις-κλειδιά χρησιμοποιούνται συνήθως ως συντελεστές που πολλαπλασιάζουν τη βασική τιμή.

Το !TEMPERATURE δεν υπόκειται σε συναρτήσεις πλάτους.

Σχετικά θέματα