ანალიზის ტიპები¶

FrontISTR უზრუნველყოფს რამდენიმე ტიპის ანალიზს, რომლებიც მოიცავს როგორც სტრუქტურულ, ისე თერმულ ფიზიკას: სტატიკური წონასწორობიდან დროით ევოლუციამდე, პერიოდულ დამყარებულ რეჟიმამდე და სისტემის საკუთარი მახასიათებლების გამოყოფამდე. ამ გვერდზე აღწერილია თითოეული ანალიზის ტიპით დამუშავებული ფენომენები, გამოყენების ფარგლები და მათი შერჩევის წესი. შეყვანის ფაილის სინტაქსისთვის იხილეთ საკვანძო სიტყვების ცნობარი, ხოლო ფორმულირების მათემატიკური დეტალებისთვის — თეორიის სახელმძღვანელო.

ფუნქციების საერთო მიმოხილვა¶

FrontISTR-ის ანალიზის ტიპები განისაზღვრება შემდეგი სამი ღერძის კომბინაციით.

• სამიზნე ფიზიკა: სტრუქტურული (გადაადგილება და ძაბვა), თერმული (ტემპერატურა და სითბური ნაკადი) ან მათი კავშირი
• მოძრაობის დამუშავება: ითვალისწინება თუ არა ინერციის წევრები და მიჰყვება თუ არა ანალიზი დროით ევოლუციას. ეს ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი ღერძებია
  • ინერცია არა, დროითი ევოლუცია არა → სტატიკური წონასწორობა
  • ინერცია არა, მაგრამ დროითი ევოლუცია გათვალისწინებულია → კვაზისტატიკური ანალიზი (ვისკოელასტიკურობა, ცოცვადობა და სხვ.)
  • ინერცია გათვალისწინებულია და დროითი ევოლუცია მიჰყვება → გარდამავალი დინამიკური პასუხი
  • პერიოდული დამყარებული რეჟიმი სიხშირულ არეში → ჰარმონიული პასუხი
  • გარე ძალის გარეშე სისტემის საკუთარი თვისებების გამოყოფა → საკუთარი მახასიათებლები
• წრფივობა: წრფივი (მცირე დეფორმაცია და წრფივი მასალა) ან არაწრფივი (დიდი დეფორმაცია, არაწრფივი მასალა ან კონტაქტი)

ამ ღერძების განხორციელებული კომბინაციები შეესაბამება ქვემოთ აღწერილ ანალიზის ტიპებს. შეყვანაში !SOLUTION განსაზღვრავს ანალიზის ტიპის ფართო კატეგორიას, ხოლო !DYNAMIC, !EIGEN, !HEAT და მსგავსი საკვანძო სიტყვები უფრო დეტალურად განსაზღვრავს შესაბამის თვისებებს. დროითი ევოლუციის მქონე ანალიზებში დროითი ბიჯის ზომა და ნამატები იმართება !STEP-ით.

როგორ ავირჩიოთ ანალიზის ტიპი¶

ანალიზის ტიპის შერჩევისას ჯერ დაალაგეთ დასამუშავებელი ფენომენი და ის შედეგი, რომლის მიღებაც გსურთ. ერთსა და იმავე ობიექტზეც შესაბამისი ანალიზის ტიპი იცვლება იმის მიხედვით, თუ რა გსურთ გაიგოთ. ქვემოთ მოცემული საკითხების თანმიმდევრული განხილვა მიზნის შესაბამის არჩევანამდე მიგიყვანთ.

1. რისი მიღება გსურთ? — გადაადგილება და ძაბვა, ტემპერატურის განაწილება, რხევის ფორმები თუ სიხშირული პასუხი. სასურველი სიდიდე განსაზღვრავს ანალიზის ფართო კატეგორიას
2. საჭიროა ინერციის გათვალისწინება? — დინამიკური ანალიზი აირჩიეთ, როდესაც დატვირთვა სწრაფად იცვლება და აჩქარება მნიშვნელოვნად მოქმედებს პასუხზე. თუ ცვლილება ნელია და ინერცია უგულებელყოფადია, სტატიკური ანალიზი საკმარისია
3. საჭიროა დროითი ევოლუციის მიყოლა? — მაშინაც კი, როდესაც ინერცია შეიძლება უგულებელვყოთ, დროზე დამოკიდებული მასალის პასუხი, როგორიცაა ვისკოელასტიკურობა ან ცოცვადობა, იხსნება სტატიკური ანალიზის ჩარჩოში დროის წინწაწევით (კვაზისტატიკური ანალიზი)
4. სამართლიანია წრფივობის დაშვება? — მცირე დეფორმაციისა და წრფივი მასალის შემთხვევაში წრფივი ანალიზი საკმარისია. დიდი დეფორმაციის, არაწრფივი მასალის ან კონტაქტის არსებობისას აირჩიეთ არაწრფივი ანალიზი

ტიპური ამოცანები და მათთვის შესაბამისი ანალიზის ტიპები მოცემულია შემდეგ ცხრილში.

სტატიკური ანალიზი¶

სტატიკური ანალიზი წონასწორობის განტოლებებს ინერციის წევრების უგულებელყოფით ხსნის. ეს ჩარჩო მოიცავს არა მხოლოდ დროითი ევოლუციის გარეშე დამყარებულ წონასწორობას, არამედ კვაზისტატიკურ ანალიზსაც, სადაც ვისკოელასტიკურობის, ცოცვადობის ან ისტორიის მქონე არაწრფივობის დროს დრო წინ მიიწევს და თითოეულ მომენტში წონასწორობა თანმიმდევრულად კონტროლდება. დინამიკური ანალიზისგან განსხვავება ინერციის წევრების არსებობაა და არა თვით დროითი ევოლუციის არსებობა.

წრფივი სტატიკური ანალიზი გულისხმობს მცირე დეფორმაციასა და წრფივ მასალებს და წონასწორობის განტოლებას ერთი წრფივი სისტემის ამოხსნით აგვარებს. გამოთვლითი ღირებულება ყველაზე დაბალია და იგი გამოიყენება ძაბვის შეფასებისა და დაპროექტების საწყისი ეტაპის კვლევებისთვის.

არაწრფივი სტატიკური ანალიზი გამოიყენება, თუ გათვალისწინებულია დიდი დეფორმაცია (გეომეტრიული არაწრფივობა), არაწრფივი მასალა (ელასტოპლასტიკურობა, ჰიპერელასტიკურობა, ვისკოელასტიკურობა ან ცოცვადობა) ან კონტაქტი. რადგან წონასწორობის განტოლება არაწრფივია, დატვირთვა იყოფა რამდენიმე ნამატად და ეტაპობრივად მიეყენება, ხოლო თითოეულ ნამატში ამოხსნა Newton-Raphson-ის მეთოდით იტერაციულად სრულდება. დროზე დამოკიდებული მასალების შემთხვევაში იგივე ნამატური და იტერაციული პროცესი ტარდება თითოეულ მომენტში წონასწორობის მიმდევრობით კონტროლით.

შეყვანაში მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=STATIC, ხოლო არაწრფივობის დამუშავებისას დაამატეთ პარამეტრი NONLINEAR. დროის ბიჯები, ნამატების მართვა და კრებადობის კრიტერიუმები განისაზღვრება !STEP-ით. ნამატების მართვის დეტალებისთვის იხილეთ ბიჯის მართვა.

დინამიკური ანალიზი¶

დინამიკური ანალიზი ინერციის წევრების შემცველ მოძრაობის განტოლებებს დროითი ევოლუციის ამოცანის სახით ხსნის და გარე ძალების დროითი ისტორიის მიმართ პასუხს დროითი ისტორიის სახით იღებს. იგი განკუთვნილია დარტყმითი დატვირთვის, მიწისძვრის პასუხისა და რხევის გავრცელების მსგავსი მოვლენებისთვის, სადაც სისტემის აჩქარება მნიშვნელოვნად მოქმედებს პასუხზე.

დროითი ინტეგრაციის მეთოდები ძირითადად იმპლიციტურ და ექსპლიციტურ მეთოდებად იყოფა. არჩევანი დამოკიდებულია მოვლენის დროით მასშტაბზე, ამოცანის ზომასა და დროითი ბიჯის სტაბილურობის მოთხოვნებზე. იმპლიციტური მეთოდები გამოდგება, როცა დაბალსიხშირული კომპონენტები დომინირებს და შედარებით დიდი დროითი ბიჯებია სასურველი; ექსპლიციტური მეთოდები კი შესაფერისია დარტყმისა და ტალღის გავრცელების მსგავსი მაღალსიხშირული მოვლენებისთვის, რომლებიც ბუნებრივად მოითხოვს მცირე ბიჯებს.

იმპლიციტური მეთოდი¶

იმპლიციტური მეთოდი (Newmark-β მეთოდი) ყოველ დროით ბიჯზე ხსნის ერთდროულ განტოლებათა სისტემას და იღებს მომდევნო მომენტის გადაადგილებას, სიჩქარესა და აჩქარებას. დროითი ბიჯის ზომაზე სტაბილურობის შეზღუდვა არ არსებობს, ამიტომ დაბალსიხშირული კომპონენტებით დომინირებულ სტრუქტურულ პასუხებში (მაგალითად მიწისძვრის პასუხი და მექანიკური რხევა) შეიძლება შედარებით დიდი ბიჯების გამოყენება და ბიჯების რაოდენობის შემცირება. მეორე მხრივ, ყოველ ბიჯზე ერთდროული სისტემის ამოხსნის ღირებულებაა საჭირო, ამიტომ მეთოდი შეუფერებელია იმ მოვლენებისთვის, რომლებიც უკიდურესად ბევრ ბიჯს მოითხოვს.

ექსპლიციტური მეთოდი¶

ექსპლიციტური მეთოდი (ცენტრალური სხვაობების მეთოდი) მომდევნო მდგომარეობას პირდაპირ ითვლის წინა ბიჯის ინფორმაციით. ერთდროული სისტემის ამოხსნა არ ხდება, ამიტომ თითო ბიჯის ღირებულება მცირეა, თუმცა დროითი ბიჯის ზომა იზღუდება სისტემის მინიმალურ საკუთარ პერიოდზე დაფუძნებული პირობით (CFL პირობა). იგი ხელსაყრელია დარტყმის, ტალღის გავრცელებისა და მაღალსიჩქარიანი კონტაქტის ამოცანებისთვის, სადაც მცირე დროითი ბიჯები ისედაც აუცილებელია.

შეყვანაში მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC, ხოლო !DYNAMIC-ით აირჩიეთ ამოხსნის მეთოდი და მიუთითეთ ინტეგრაციის პარამეტრები, მათ შორის Newmark-β მეთოდის პარამეტრები. !STEP გამოიყენეთ რამდენიმე ბიჯს შორის სასაზღვრო პირობების ან დატვირთვის ჯგუფების გადასართავად ან თითოეული ბიჯის ნამატების სამართავად. იმპლიციტურ არაწრფივ დინამიკურ ანალიზში ხელმისაწვდომია კრებადობის ქცევაზე დაფუძნებული ნამატის ავტომატური მართვა და cutback.

მოდალური ანალიზი¶

მოდალური ანალიზი გარე ძალების გარეშე ხსნის მასისა და სიხისტის მატრიცებით შექმნილ განზოგადებულ საკუთრივ მნიშვნელობათა ამოცანას და გამოყოფს სისტემის საკუთარ სიხშირეებსა და რხევის საკუთარ ფორმებს. იგი გამოიყენება სტრუქტურის რხევითი მახასიათებლების შესაფასებლად, რეზონანსული წერტილების დასადგენად და სიხშირული პასუხის ანალიზში მოდალური სუპერპოზიციის გამოყენებამდე მოსამზადებელ ეტაპად.

მითითებული რაოდენობის დაბალი მოდების ეფექტურად გამოსაყოფად გამოიყენება Lanczos-ის მეთოდი. მასის მატრიცად გამოიყენება კონცენტრირებული მასის მატრიცა.

შეყვანაში მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=EIGEN, ხოლო !EIGEN-ით — გამოსაყოფი მოდების რაოდენობა, ძვრის მნიშვნელობა და სხვა პარამეტრები.

სიხშირული პასუხის ანალიზი¶

სიხშირული პასუხის ანალიზი განსაზღვრავს ჰარმონიული (სინუსოიდური) გარე ძალით აღგზნებული სისტემის პერიოდულ დამყარებულ პასუხს აღგზნების სიხშირის ცვლილებისას. დროითი ისტორიის მიმყოლი დინამიკური ანალიზისგან განსხვავებით, იგი პირდაპირ სიხშირულ არეში იხსნება და ამიტომ გამოდგება რეზონანსული მახასიათებლების შეფასებისა და დამყარებული რხევის დაპროექტებისთვის.

ამოხსნა მოდალური სუპერპოზიციის მეთოდს ეყრდნობა და პასუხს წინასწარ ჩატარებული მოდალური ანალიზით მიღებული საკუთარი მოდების სუპერპოზიციით აგებს. ამიტომ სიხშირული პასუხის ანალიზამდე იმავე სისტემაზე მოდალური ანალიზი უნდა შესრულდეს. მხარდაჭერილია მხოლოდ წრფივი მოდელები; გეომეტრიული ან მასალის არაწრფივობის ჩართვისას ანალიზი ვერ შესრულდება.

შეყვანაში იგი დინამიკური ანალიზის ფორმად განიხილება: მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC, შემდეგ კი !DYNAMIC-ის დაქვემდებარებული პარამეტრებით განსაზღვრეთ სიხშირული პასუხი. აღგზნების პირობები განისაზღვრება !FLOAD-ით.

გამოსატანი სიდიდეების მითითება იგივეა, რაც სტატიკურ და დროითი ისტორიის პასუხის ანალიზში, და წარმოებული სიდიდეები, როგორიცაა დეფორმაცია, ძაბვა და მთავარი ძაბვა, ასევე მიიღება. თუმცა, რადგან პასუხი კომპლექსურია, თითოეული სიდიდე გამოდის ორ კომპლექტად — ნამდვილ და წარმოსახვით ნაწილებად. დეტალებისთვის იხილეთ გამოტანა და რესტარტი.

თბოგამტარობის ანალიზი¶

თბოგამტარობის ანალიზი ხსნის თბოგამტარობის განტოლებას და იღებს ტემპერატურის განაწილებასა და სითბურ ნაკადს. გამოიყენება იგივე სასრულელემენტური ბადე, რაც სტრუქტურულ ანალიზში, მაგრამ თითოეულ კვანძს მხოლოდ ერთი თავისუფლების ხარისხი — ტემპერატურა — აქვს, ხოლო მასალის თვისებები შემოიფარგლება თბოგამტარობით, კუთრი სითბოტევადობითა და სიმკვრივით. სასაზღვრო პირობებიც განსხვავდება და მოიცავს მოცემულ ტემპერატურას, სითბურ ნაკადს, კონვექციასა და გამოსხივებას.

დროითი ქცევის მიხედვით თბოგამტარობის ანალიზი იყოფა დამყარებულ თბოგამტარობად, რომელიც დროისგან დამოუკიდებელ წონასწორულ მდგომარეობას განსაზღვრავს, და გარდამავალ თბოგამტარობად, რომელიც ტემპერატურული ველის დროით ევოლუციას მიჰყვება. არჩევანი დამოკიდებულია იმაზე, საჭიროა საბოლოოდ მიღწეული წონასწორული ტემპერატურა თუ დროში ტემპერატურის ცვლილება.

შეყვანაში მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=HEAT, ხოლო !HEAT-ით განსაზღვრეთ დამყარებული ან გარდამავალი ანალიზი და დროითი ბიჯი.

თერმომექანიკური დაწყვილებული ანალიზი¶

თერმომექანიკური დაწყვილებული ანალიზი თბოგამტარობის ანალიზით მიღებულ ტემპერატურის განაწილებას სტრუქტურულ ანალიზში თერმული ფარდობითი დეფორმაციის დატვირთვად იყენებს და განსაზღვრავს ტემპერატურული ველით გამოწვეულ ძაბვასა და დეფორმაციას. FrontISTR-ის სტანდარტული სამუშაო ნაკადი ერთმხრივი დაწყვილებაა: თერმული და სტრუქტურული ანალიზები დამოუკიდებლად სრულდება, ხოლო ტემპერატურული ველი შედეგის ფაილის მეშვეობით ერთი მიმართულებით გადაეცემა.

პროცედურა ასეთია: ჯერ ჩაატარეთ თბოგამტარობის ანალიზი და მიიღეთ ტემპერატურის განაწილების შემცველი შედეგის ფაილი. შემდეგ სტრუქტურული ანალიზისას ეს ტემპერატურული ველი ტემპერატურულ დატვირთვად წაიკითხეთ !TEMPERATURE, READRESULT-ით. თვით სტრუქტურული ანალიზის ჩარჩო ჩვეულებრივი სტატიკური ან დინამიკური ანალიზის მსგავსია და დაწყვილებისთვის სპეციალური ანალიზის ტიპის მითითება საჭირო არ არის.

ორმხრივი დაწყვილება, სადაც სტრუქტურული დეფორმაცია გავლენას ახდენს თბოგამტარობაზე (მაგალითად, დეფორმაციით გამოწვეული თერმული სასაზღვრო პირობების ცვლილება), ამ დოკუმენტაციის ვერსიის ფარგლებს სცდება.

ელემენტების შემოწმება¶

ელემენტების შემოწმება არის ანალიზის ტიპი, რომელიც სტრუქტურული ანალიზის შესრულების გარეშე ამოწმებს ბადის ელემენტების ფორმას და შესავალში განსაზღვრული ჯგუფების, მასალებისა და სექციების მინიჭებას. იგი გამოიყენება დიდი ანალიზის დაწყებამდე ჩაჭყლეტილი ელემენტების, უკიდურესად წაგრძელებული ელემენტებისა და ჯგუფების განსაზღვრების შეცდომების აღმოსაჩენად. შესავალში მიუთითეთ !SOLUTION, TYPE=ELEMCHECK.

ელემენტების შემოწმება თითოეული ელემენტისთვის ითვლის მოცულობასა და ასპექტურ თანაფარდობას (ყველაზე გრძელი წიბოს სიგრძის შეფარდება ყველაზე მოკლე წიბოს სიგრძესთან). მოცულობით და ბრტყელ ელემენტებში, თუ კვანძების მიმდევრობა შებრუნებულია, ელემენტის მოცულობა უარყოფითია. ბრტყელ და გარსის ელემენტებში მოცულობა არის ფართობი, გამრავლებული სექციაში მითითებულ სისქეზე. ელემენტები, რომელთა მოცულობა 0 ან ნაკლებია, ელემენტის ნომერთან ერთად ჟურნალის ფაილში გამოიტანება როგორც ERROR, ხოლო ელემენტები, რომელთა ასპექტური თანაფარდობა 50-ზე მეტია — როგორც WARNING. არც ერთ შემთხვევაში დამუშავება არ ჩერდება.

ამ შემოწმებით მხარდაჭერილია ბრტყელი ელემენტები (231, 232, 241, 242), მოცულობითი ელემენტები (341, 342, 351, 352, 361, 362) და გარსის ელემენტები (731, 741). სხვა ელემენტები ამ შემოწმებით მხარდაჭერილი არ არის და მათთვის ჟურნალისა და შედეგების ფაილებში გამოტანილი მნიშვნელობები ელემენტის ფორმას არ წარმოადგენს.

შემოწმებების შემდეგ გამოიტანება მთელი მოდელის შეჯამება. კვანძების რაოდენობა, თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა, ელემენტების რაოდენობა და თითოეული ელემენტის ტიპის რაოდენობა გამოიტანება სტანდარტულ გამომავალში; მთლიანი მოცულობა, ელემენტის მოცულობის საშუალო/მაქსიმალური/მინიმალური მნიშვნელობები, წიბოს მაქსიმალური/მინიმალური სიგრძე და მაქსიმალური ასპექტური თანაფარდობა გამოიტანება როგორც სტანდარტულ გამომავალში, ისე ჟურნალის ფაილში. პარალელური შესრულებისას კვანძებისა და თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა ჯამდება მხოლოდ იმ კვანძებზე, რომლებსაც თითოეული ქვედომენი ფლობს, ამიტომ მიიღება მთელი მოდელის მნიშვნელობები. ამისგან განსხვავებით, ელემენტების საერთო რაოდენობა და ტიპების მიხედვით რაოდენობები პირდაპირ აჯამებს თითოეულ ქვედომენში შენახულ ელემენტებს, ამიტომ ქვედომენების საზღვრებზე დუბლირებული ელემენტები რამდენჯერმე ითვლება და ჯამი შეიძლება მთელი მოდელის ელემენტების რაოდენობას აღემატებოდეს. მოცულობის, წიბოს სიგრძისა და ასპექტური თანაფარდობის შეჯამებები მხოლოდ თითოეული ქვედომენის კუთვნილ ელემენტებს მოიცავს და ამიტომ დუბლირებას არ შეიცავს. ჟურნალის ფაილში თითოეული ქვედომენისთვის ასევე გამოიტანება კვანძების რაოდენობა, ელემენტების რაოდენობა, კოეფიციენტების მატრიცაში არანულოვანი ელემენტების რაოდენობა და მოცულობისა და დაკავშირებული სიდიდეების შეჯამებები.

შედეგების ფაილის გამოსატანად მიუთითეთ !WRITE,RESULT, ხოლო ვიზუალიზაციის ფაილისთვის მიუთითეთ !WRITE,VISUAL და !VISUAL. ფაილების სახელები ჩვეულებრივი ანალიზის სახელებს ემთხვევა, მაგრამ მათ ემატება _precheck (მაგალითად, შედეგების ფაილი model_precheck.res.0.0 და ვიზუალიზაციის ფაილი model_vis_precheck_psf.0000). გამოიტანება ქვემოთ ჩამოთვლილი სიდიდეები, რის შედეგადაც ვიზუალიზაციის ხელსაწყოში ჯგუფებისა და მასალების მინიჭება ფერებით შეიძლება შემოწმდეს.

დაკავშირებული თემები¶

• ელემენტების ბიბლიოთეკა — თითოეული ანალიზის ტიპისთვის ხელმისაწვდომი ელემენტები და მათი მხარდაჭერა
• მასალის მონაცემები — თითოეული ანალიზის ტიპისთვის ხელმისაწვდომი მასალის მოდელები
• არაწრფივი იტერაცია და დროითი ინტეგრაცია — Newton-Raphson-ის იტერაცია, კონტაქტის იტერაცია და დროითი ინტეგრაციის სქემები
• ბიჯის მართვა — დროის ნამატები, კრებადობის კრიტერიუმები და დატვირთვის ნამატის მართვა
• წრფივი ელასტიკური სტატიკური ანალიზი (თეორია, დანართი) — წრფივი სტატიკური ანალიზის ფორმულირება
• მხები სიხისტის მატრიცა (თეორია) — მხები სიხისტე არაწრფივი სტატიკური ანალიზისთვის
• Newton-Raphson-ის მეთოდი (თეორია) — იტერაციული ამოხსნის მეთოდი
• დინამიკური ანალიზის მეთოდები (თეორია) — დინამიკური ანალიზის ფორმულირება
• მოდალური ანალიზი (თეორია) — საკუთრივ მნიშვნელობათა ამოცანის ფორმულირება
• სიხშირული პასუხის ანალიზი (თეორია) — სიხშირული პასუხის ფორმულირება
• გარდამავალი თბოგამტარობის ანალიზი (თეორია) — თბოგამტარობის ანალიზის ფორმულირება