Прескокнете до содржината

Типови на анализа

FrontISTR обезбедува повеќе типови на анализа што ги опфаќаат и структурната и топлинската физика, од статичка рамнотежа, преку временска еволуција и периодична стационарна состојба, до издвојување на сопствените карактеристики. На оваа страница се опишани појавите што ги опфаќа секој тип на анализа, неговото подрачје на примена и начинот на избор. За синтаксата на влезните датотеки, видете ја референцата на клучни зборови; за математичките детали на формулацијата, видете го теоретскиот прирачник.

Преглед на функциите

Типовите на анализа во FrontISTR се карактеризираат со комбинации на следните три оски.

  • Целна физика: структурна (поместување и напрегање), топлинска (температура и топлински флукс) или спрегнување меѓу нив
  • Третман на движењето: дали се вклучени инерцијални членови и дали се следи временската еволуција. Ова се независни оски
    • Без инерција и без временска еволуција → статичка рамнотежа
    • Без инерција, но со следење на временската еволуција → квазистатичка анализа (вискоеластичност, ползење итн.)
    • Со вклучена инерција и следење на временската еволуција → преоден динамички одзив
    • Третман во фреквентен домен како периодична стационарна состојба → хармониски одзив
    • Без надворешна сила; се издвојуваат својства својствени на системот → сопствени карактеристики
  • Линеарност: линеарна (мала деформација и линеарен материјал) или нелинеарна (голема деформација, нелинеарен материјал или контакт)

Имплементираните комбинации на овие оски одговараат на типовите на анализа опишани подолу. Во влезот, !SOLUTION ја задава широката категорија на типот на анализа, додека !DYNAMIC, !EIGEN, !HEAT и сличните клучни зборови подетално ги задаваат придружните својства. Големината на временскиот чекор и прирастите кај анализите што вклучуваат временска еволуција се управуваат со !STEP.

Како да се избере тип на анализа

При избор на тип на анализа, најпрво организирајте ја појавата што треба да се третира и резултатот што сакате да го добиете. Дури и за ист објект, соодветниот тип на анализа се менува зависно од тоа што сакате да дознаете. Разгледувањето на следните точки по ред води до тип на анализа соодветен на целта.

  1. Што сакате да добиете? — Поместување и напрегање, распределба на температурата, вибрациони модови или фреквентен одзив. Посакуваната величина ја одредува широката категорија на анализа
  2. Дали треба да се земе предвид инерцијата? — Изберете динамичка анализа кога оптоварувањето брзо се менува и забрзувањето влијае врз одзивот. Статичка анализа е доволна кога промените се бавни и инерцијата може да се занемари
  3. Дали треба да се следи временската еволуција? — Дури и кога инерцијата може да се занемари, временски зависниот материјален одзив, како вискоеластичност или ползење, се решава со напредување на времето во рамките на статичката анализа (квазистатичка анализа)
  4. Дали претпоставката за линеарност е валидна? — Линеарна анализа е доволна за мали деформации со линеарни материјали. Изберете нелинеарна анализа ако се вклучени голема деформација, нелинеарни материјали или контакт

Типичните проблеми и соодветните типови на анализа се прикажани во следната табела.

Што сакате да дознаете Тип на анализа
Напрегање и поместување под статичко оптоварување Статичка анализа (линеарна или нелинеарна)
Временски одзив што вклучува вискоеластичност или ползење Статичка анализа (квазистатичка)
Преоден одзив, како удар или земјотресен одзив Динамичка анализа
Сопствени фреквенции и облици на модови Модална анализа
Фреквентни карактеристики при хармониско возбудување Анализа на фреквентен одзив
Распределба на температурата и топлински флукс Анализа на спроведување на топлина
Топлинско напрегање поради температурно поле Спрегната термомеханичка анализа

Статичка анализа

Статичката анализа ги решава равенките на рамнотежа со занемарување на инерцијалните членови. Оваа рамка не опфаќа само стационарна рамнотежа без временска еволуција, туку и квазистатичка анализа во која рамнотежата во секој момент последователно се следи со напредување на времето при третирање на временски зависен материјален одзив, како вискоеластичност или ползење, или нелинеарности со историја. Разликата во однос на динамичката анализа е во присуството на инерцијални членови, а не во присуството на временска еволуција.

Линеарната статичка анализа претпоставува мали деформации и линеарни материјали и ја решава равенката на рамнотежа со еднократно решавање на линеарен систем. Таа има најниска пресметковна цена и се користи за процена на напрегања и испитувања во раните фази на проектирањето.

Нелинеарната статичка анализа се користи кога е вклучена која било од следните појави: голема деформација (геометриска нелинеарност), нелинеарни материјали (еластопластичност, хипереластичност, вискоеластичност или ползење) или контакт. Бидејќи равенката на рамнотежа е нелинеарна, оптоварувањето се дели на повеќе прирасти и се применува чекорно, со итеративно решавање со методот на Њутн-Рафсон во секој прираст. Кога се третираат временски зависни материјали како вискоеластичност или ползење, истиот прирастен и итеративен процес се изведува со последователно следење на рамнотежата во секој момент.

Во влезот, зададете !SOLUTION, TYPE=STATIC, а кога се третира нелинеарност додадете го параметарот NONLINEAR. Временските чекори, управувањето со прирастите и критериумите за конвергенција се задаваат со !STEP. За детали за управувањето со прирастите, видете Управување со чекори.

Динамичка анализа

Динамичката анализа ги решава равенките на движење што ги вклучуваат инерцијалните членови како проблем на временска еволуција и го добива одзивот на временската историја на надворешните сили како временска историја. Таа е наменета за појави како ударно оптоварување, земјотресен одзив и ширење на вибрации, каде забрзувањето на системот значително влијае врз одзивот.

Методите за временска интеграција воопшто се делат на имплицитни и експлицитни. Изборот зависи од временската скала на појавата, големината на проблемот и барањата за стабилност на временскиот чекор. Имплицитните методи се соодветни кога доминираат нискофреквентни компоненти и се посакуваат релативно големи временски чекори, додека експлицитните методи се соодветни за високофреквентни појави како удар и ширење на бранови, кои по природа бараат мали временски чекори.

Имплицитен метод

Имплицитниот метод (метод на Newmark-β) решава систем на симултани равенки во секој временски чекор за да ги добие поместувањето, брзината и забрзувањето во следниот момент. Нема ограничување на големината на временскиот чекор поради стабилност, па за структурни одзиви во кои доминираат нискофреквентни компоненти (како земјотресен одзив и механички вибрации), може да се користат релативно големи временски чекори за да се намали бројот на чекори и методот да биде ефикасен. Од друга страна, во секој чекор се плаќа цената на решавање на симултани равенки, па методот не е соодветен за појави што бараат исклучително голем број чекори.

Експлицитен метод

Експлицитниот метод (метод на централни разлики) директно ја пресметува состојбата во следниот момент користејќи само информации од претходниот чекор. Бидејќи не решава симултан систем, цената по чекор е мала, но големината на временскиот чекор е ограничена со услов заснован на најмалиот сопствен период на системот (CFL-услов). Предност има кај проблеми како удар, ширење на бранови и брз контакт, каде по природа се потребни мали временски чекори.

Во влезот, зададете !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC и користете !DYNAMIC за избор на методот на решавање и за задавање интеграциски параметри, како оние за методот Newmark-β. Користете !STEP кога се менуваат групите гранични услови или оптоварувања во повеќе чекори, или кога се задава управување со прирастите за секој чекор. Кај имплицитна нелинеарна динамичка анализа достапни се и автоматско управување со прирастите и cutback според однесувањето на конвергенцијата.

Модална анализа

Модалната анализа го решава генерализираниот проблем на сопствени вредности формиран од матриците на маса и крутост без примена на надворешни сили, при што ги издвојува сопствените фреквенции и сопствените облици на модови на системот. Се изведува за процена на вибрационите карактеристики на конструкциите, за идентификација на резонантни точки и како подготвителен чекор кога во анализата на фреквентен одзив се користи модална суперпозиција.

Методот на Ланцош се користи за ефикасно издвојување на зададен број пониски модови. За матрицата на маса се користи концентрирана матрица на маса.

Во влезот, зададете !SOLUTION, TYPE=EIGEN и користете !EIGEN за задавање на бројот на модови што треба да се издвојат, вредностите на поместување и другите параметри.

Анализа на фреквентен одзив

Анализата на фреквентен одзив го одредува периодичниот стационарен одзив што го достигнува систем изложен на хармониски (синусоидални) надворешни сили при менување на фреквенцијата на возбудување. За разлика од динамичката анализа што следи временска историја, таа решава директно во фреквентниот домен и затоа е соодветна за процена на резонантните карактеристики и за проектирање во однос на стационарни вибрации.

Решението се заснова на методот на модална суперпозиција, при што одзивот се конструира со суперпозиција на сопствените модови однапред добиени со модална анализа. Затоа, пред анализата на фреквентен одзив мора да се изведе модална анализа за истиот систем. Поддржани се само линеарни модели; анализата не може да се изврши кога е овозможена геометриска или материјална нелинеарност.

Во влезот, се третира како облик на динамичка анализа: зададете !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC, а потоа зададете фреквентен одзив со подредените параметри на !DYNAMIC. Условите на возбудување се задаваат со !FLOAD.

Анализа на спроведување на топлина

Анализата на спроведување на топлина ја решава равенката за спроведување на топлина за да ги добие распределбата на температурата и топлинскиот флукс. Ја користи истата мрежа на конечни елементи како структурната анализа, но секој јазол има само еден степен на слобода — температура — а материјалните својства што се третираат се ограничени на топлинска спроводливост, специфичен топлински капацитет и густина. Граничните услови исто така се разликуваат од структурната анализа и опфаќаат зададена температура, топлински флукс, конвекција и зрачење.

Според временското однесување, анализата на спроведување на топлина се дели на стационарно спроведување на топлина, која одредува временски независна рамнотежна состојба, и преодно спроведување на топлина, која ја следи временската еволуција на температурното поле. Изборот зависи од тоа дали саканиот резултат е рамнотежната температура што на крај се достигнува или начинот на кој температурата се менува со времето.

Во влезот, зададете !SOLUTION, TYPE=HEAT и користете !HEAT за задавање стационарна или преодна анализа и временскиот чекор.

Спрегната термомеханичка анализа

Спрегнатата термомеханичка анализа ја применува распределбата на температурата добиена со анализа на спроведување на топлина како оптоварување од топлинска деформација во структурна анализа, за да ги одреди напрегањата и деформациите предизвикани од температурното поле. Стандардниот работен тек на FrontISTR е еднонасочно спрегнување: топлинската и структурната анализа се извршуваат независно, а температурното поле се пренесува во една насока преку датотека со резултати.

Постапката е најпрво да се изврши анализа на спроведување на топлина и да се добие датотека со резултати што ја содржи распределбата на температурата. Потоа, при извршување на структурната анализа, тоа температурно поле се чита како температурно оптоварување со !TEMPERATURE, READRESULT. Самата рамка на структурната анализа е иста како кај обична статичка или динамичка анализа и не е потребно да се задава посебен тип на анализа за спрегнувањето.

Двонасочното спрегнување, при кое структурната деформација влијае врз спроведувањето на топлина (на пример, промени во топлинските гранични услови поради деформација), е надвор од опсегот на оваа верзија на документацијата.

Поврзани теми