Прескокнете до содржината

Библиотека на елементи

Во FrontISTR, зависно од геометријата на проблемот, владејачките равенки и потребните степени на слобода, се избираат линиски, рамнински, солидни, интерфејсни, гредови и школкасти елементи. Оваа страница ги сумира информациите потребни за избор: „кои елементи може да се користат за која анализа“, „како се избира формулацијата на солидни елементи од прв ред“, „како се комбинираат структурни и солидни елементи“ и „кои елементни површини се поддржани за контакт во структурна анализа“.

За конкретниот формат на влезните клучни зборови видете го референтниот опис. Математичките изведувања на функциите на облик, матрицата на крутост и методите за избегнување заклучување се опфатени во теорискиот прирачник.

Преглед на библиотеката на елементи

Категориите на елементи што ги поддржува тековниот изворен код на FrontISTR грубо се делат на линиски, рамнински, солидни, интерфејсни, гредови и школкасти елементи. За директна дискретизација на континуум се избираат рамнински или солидни елементи, а за ефикасно претставување на издолжени членови или тенкоѕидни конструкции се избираат греди или школки. Во топлинска анализа, иста геометриска категорија може да користи различна патека на составување од структурната анализа, па достапноста секогаш треба да се провери во табелата.

Бројот на тип на елемент по правило е трицифрен. Првата цифра ја означува приближната категорија, а преостанатите две ја разликуваат геометријата и серијата. На пример, 231/232 се триаголни рамнински елементи од прв/втор ред, 341/342 се тетраедарски од прв/втор ред, а 361/362 хексаедарски од прв/втор ред. Сепак, како што покажуваат 301 (двујазолен решеткаст елемент) и 743 (деветјазолен школкаст елемент), не секоја серија може едноставно да се толкува како „завршува на 1 = прв ред, на 2 = втор ред“. Затоа типот треба да се провери во табелите подолу.

Библиотека на елементи

Слика 4.1.1 Библиотека на елементи

Симболите во табелата го имаат следното значење.

  • ○: поддржано.
  • —: не е поддржано.

Овде „динамичко“ означува преодна динамичка анализа, а „модално“ означува пресметка на модови што се користи во модалната анализа и како основа за анализа на фреквентен одзив. Во колоната за топлина со ○ се означени само елементите достапни за анализа на спроведување на топлина.

Континуумски и интерфејсни елементи

Вид на елемент Тип на елемент Број на јазли Структурни DOF/јазол Топлински DOF/јазол Облик и ред Напрегање Динамичко Модално Топлина Формулација / забелешки
Линиски елемент 111 2 — 1 Двујазолен линиски елемент — — — ○ Еднодимензионален елемент за спроведување на топлина
Линиски елемент 112 3 — — Тријазолен линиски елемент — — — — Не е поддржан во тековните функции за анализа
Рамнински елемент 231 3 3 1 Триаголен елемент од прв ред ○ ○ ○ ○ Дводимензионален континуум
Рамнински елемент 232 6 3 1 Триаголен елемент од втор ред ○ ○ ○ ○ Дводимензионален континуум
Рамнински елемент 241 4 3 1 Четириаголен елемент од прв ред ○ ○ ○ ○ Дводимензионален континуум
Рамнински елемент 242 8 3 1 Четириаголен елемент од втор ред ○ ○ ○ ○ Serendipity фамилија
Солиден елемент 301 2 3 1 Двујазолен решеткаст елемент ○ ○ ○ — Исклучок од правилото за именување; не е поддржан во топлинска анализа
Солиден елемент 341 4 3 1 Тетраедар од прв ред ○ ○ ○ ○ Целосна интеграција, селективно измазнување по рабови и јазли
Солиден елемент 342 10 3 1 Тетраедар од втор ред ○ ○ ○ ○
Солиден елемент 351 6 3 1 Призма од прв ред ○ ○ ○ ○
Солиден елемент 352 15 3 1 Призма од втор ред ○ ○ ○ ○
Солиден елемент 361 8 3 1 Хексаедар од прв ред ○ ○ ○ ○ Целосна интеграција, B-bar, некомпатибилна, F-bar, u-p мешана
Солиден елемент 362 20 3 1 Хексаедар од втор ред ○ ○ ○ ○ Serendipity фамилија
Конекторски елемент 511 2 3 — Двујазолен конекторски елемент ○ ○ ○ — За пружини и амортизери; нема матрица на маса
Интерфејсен елемент 541 4×2 — 1 Четириаголна површина од прв ред — — — ○ За топлински пренос и зрачење низ празнина; нема матрица на капацитет
Интерфејсен елемент 542 8×2 — — Четириаголна површина од втор ред — — — — Не е поддржан

Структурни елементи

Вид на елемент Тип на елемент Број на јазли Структурни DOF/јазол Топлински DOF/јазол Облик и ред Напрегање Динамичко Модално Топлина Формулација / забелешки
Гредов елемент 611 2 6 1 Двујазолен гредов елемент ○ ○ ○ — Bernoulli-Euler греда; не е поддржана во топлинска анализа
Гредов елемент 641 2×2 3 1 Двујазолен гредов елемент (за мешани DOF) ○ ○ ○ — Bernoulli-Euler греда; не е поддржана во топлинска анализа
Школкаст елемент 731 3 6 1 Триаголен елемент од прв ред ○ ○ ○ ○ MITC3
Школкаст елемент 732 6 — — Триаголен елемент од втор ред — — — — Не е поддржан во тековните функции за анализа
Школкаст елемент 741 4 6 1 Четириаголен елемент од прв ред ○ ○ ○ ○ MITC4
Школкаст елемент 743 9 6 — Четириаголен елемент од втор ред ○ ○ ○ — MITC9
Школкаст елемент 761 3×2 3 — Триаголен елемент од прв ред (за мешани DOF) ○ ○ ○ — MITC3; за мешање DOF со солидни елементи
Школкаст елемент 781 4×2 3 — Четириаголен елемент од прв ред (за мешани DOF) ○ ○ ○ — MITC4; за мешање DOF со солидни елементи
  • Солидните елементи од прв ред 341 и 361 имаат опции за формулација, па за иста геометрија постојат повеќе избори.
  • При контакт во структурна анализа, контактните површини на елементи од втор ред не се поддржани.
  • Структурните елементи 611/731/741/743 имаат јазли со 6 степени на слобода и не може директно да се мешаат со солидни елементи. За мешање користете 641/761/781.
  • Гредовиот елемент 611 не поддржува анализа со термичко напрегање, гравитација, притисок или центрифугална сила. Гредовиот елемент 641 не поддржува притисок или центрифугална сила.
  • Во линеарна динамичка анализа не е поддржана паралелна пресметка со школкасти елементи 731/741/743. Со другите елементи може да се користи паралелна пресметка.

Избор на опција за формулација

Кај солидните елементи од прв ред се избира не само обликот туку и формулацијата. Особено кај хексаедарот од прв ред 361, имплементацијата избира меѓу четири формулации според карактеристиките на проблемот. Кај тетраедарот од прв ред 341 постои и опција за измазнет FEM. Во влезот тие се менуваат преку !SECTION, со FORM341 и FORM361.

Хексаедар од прв ред (361)

Во тековниот изворен код за FORM361 може да се изберат пет опции: FI, BBAR, IC, FBAR, UP. Ако FORM361 е изоставен, стандардната вредност зависи од видот на анализа: за мали деформации во статичка и преодна динамичка анализа се користи IC, за големи деформации FBAR, за анализа на сопствени вредности IC, а во другите случаи FI (UP важи само кога е експлицитно зададен).

  • FI: стандарден елемент со целосна интеграција. Подложен е на заклучување при смолкнување во виткање и на волуменско заклучување при речиси некомпресибилни деформации, па главно служи како референца за споредба на перформансите на елементите.
  • IC: формулација со додадени некомпатибилни модови; прв кандидат кога треба да се намали заклучување при смолкнување во проблеми доминирани од виткање. Стандардна е за линеарни мали деформации.
  • BBAR: B-bar елемент што ја коригира волуменската компонента на деформацијата и е погоден кога доминира волуменско заклучување. Може да се разгледа за речиси некомпресибилни гумени материјали или материјали со голем Poisson-ов коефициент, но бидејќи пресметката на волуменската деформација претпоставува линеарност, не може да земе предвид конечна ротација. Вообичаено се препорачува F-bar.
  • FBAR: F-bar елемент што ја коригира волуменската компонента на градиентот на деформација и е погоден за големи деформации со силен ефект на некомпресибилност. Стандарден е во анализа на големи деформации.
  • UP: мешан u-p елемент што независно ги третира поместувањето и елементниот притисок, го раздвојува напрегањето на девијаторна компонента и притисок и со тоа избегнува волуменско заклучување при квазинекомпресибилност (на пример гумени материјали со Poisson-ов коефициент многу блиску до 0,5 или метали по пластична деформација). Има еден притисочен степен на слобода по елемент (константен во елементот), кој статички се кондензира на ниво на елемент. Поддржува мали деформации, Total Lagrange и Updated Lagrange.

Ако изборот не е јасен, практично е најпрво да се користи IC за структурна анализа со мали деформации, а FBAR за големи деформации или хипереластичност; ако главниот проблем е заклучување при смолкнување, споредете со IC. Ако доминира квазинекомпресибилност и сакате експлицитно да го третирате полето на притисок, разгледајте UP. За деталната теориска основа видете го теорискиот прирачник.

Тетраедар од прв ред (341)

Во тековниот изворен код, FORM341 може да биде FI или SELECTIVE_ESNS, а стандардната вредност е секогаш FI. Со SELECTIVE_ESNS, при поставувањето дополнително се генерира поврзаноста на измазнетите елементи и моделот се третира како селективен FEM со измазнување по рабови и јазли.

  • FI: стандарден тетраедар од прв ред. Лесно се генерира мрежа, но при виткање е подложен на заклучување при смолкнување, а во речиси некомпресибилни услови на волуменско заклучување.
  • SELECTIVE_ESNS: воведува измазнување базирано на рабови и јазли за да ги намали ефектите од заклучување при смолкнување и волуменско заклучување што често се јавуваат кај тетраедри од прв ред. Силен кандидат е кога геометријата наложува употреба на тетраедри.

Ако поради геометријата мора да се користи 341 и со стандардниот FI заклучувањето е силно, разгледајте SELECTIVE_ESNS. Наспроти тоа, ако може да се користи хексаедар од прв ред, серијата 361 со IC / BBAR / FBAR обично нуди поширок избор.

При користење на SELECTIVE_ESNS со MPI паралелизам треба да се внимава на длабочината на преклопување при поделбата на мрежата. Кај измазнувањето базирано на рабови/јазли се усреднуваат величините на елементите соседни на целниот елемент, па за составување на крутоста на елемент во поддоменот се потребни информации и за „соседот на соседот“. Со стандардна длабочина на преклопување 1 нема доволно елементи за измазнување близу границата на доменот, затоа при поделба на мрежата во !PARTITION зададете DEPTH=2. За детали видете Длабочина на преклопување при поделба на мрежата.

Комбинирање структурни и солидни елементи

Иако се нарекуваат исти „гредови“ и „школки“, степените на слобода во структурна и топлинска анализа се третираат различно. Затоа и правилата за комбинирање со солидни елементи не се исти.

Во структурна анализа

Во структурна анализа бројот на јазолни степени на слобода ndof е фиксиран на една вредност за целата анализа. Солидните елементи имаат 3 степени на слобода по јазол (транслација), додека стандардните греди 611 и школки 731/741/743 имаат 6 (транслација + ротација). Поради тоа, 611, 731, 741 и 743 не може директно да се мешаат со солидни елементи во истиот систем на јазолни степени на слобода.

За да се избегне ова ограничување, постојат верзии со 3 степени на слобода по јазол: 641, 761 и 781. Тие ги одвојуваат јазлите со транслациски од јазлите со ротациски степени на слобода, со што ротациските степени на гредите и школките се претставуваат додека целата анализа останува со ndof=3. Соодветноста е следнава.

  • Гредовиот елемент за мешани DOF што одговара на 611 е 641.
  • Триаголниот школкаст елемент за мешани DOF што одговара на 731 е 761.
  • Четириаголниот школкаст елемент за мешани DOF што одговара на 741 е 781.

Кај елементите за мешани DOF, ротациските степени на слобода се доделуваат на независни „јазли со ротациски степени на слобода“. Затоа, при задавање ограничувања или концентрирани оптоварувања, тие се внесуваат како степени 1, 2, 3 на ротациските јазли. Степените 1, 2, 3 на транслациските и на ротациските јазли се разликуваат затоа што припаѓаат на различни јазли.

Основното правило е: ако моделот користи само греди/школки, користете 611/731/741/743; ако се комбинираат со солидни елементи, изберете 641/761/781.

Во топлинска анализа

Во топлинска анализа се поставува hecMAT%NDOF = 1 и јазолните степени на слобода се сведуваат на единствен температурен степен. Во таа смисла не се јавува проблемот од структурната анализа дека мешањето е невозможно без верзија со 3 DOF.

Сепак, структурните елементи поддржани во топлинска анализа се ограничени на 731 и 741. Елементите 611, 641 и 301 не се поддржани. Затоа при избор на елемент за топлинска анализа е побезбедно да се користи табелата погоре и да се избираат елементи со ○ во колоната за топлина, наместо правилата за мешање DOF од структурната анализа.

Конекторски елементи (пружини и амортизери)

За поврзување два јазла со дискретна пружина или амортизер се користи двујазолен конекторски елемент (тип 511). Тој додава само крутост или амортизација меѓу двата јазла и нема геометриски облик, пресек ниту маса.

Конекторскиот елемент може да претстави два вида пружини и два вида амортизери, вкупно четири карактеристики. Кој тип ќе го има се одредува од материјалот доделен на елементот.

  • Аксијална пружина — пружина што дејствува по оската меѓу двата јазла; насоката ја следи деформацијата на моделот. Во влезот се задава со !SPRING_A.
  • Пружина со зададени DOF — пружина што поврзува зададен степен на слобода на едниот јазол со зададен степен на другиот. Насоката се определува од бројот на степенот на слобода и не ја следи деформацијата. За секоја насока може да се зададе различна пружинска константа. Во влезот се задава со !SPRING_D.
  • Аксијален амортизер — амортизација што дејствува во аксијалната насока. Во влезот се задава со !DASHPOT_A.
  • Амортизер со зададени DOF — амортизација што поврзува зададени степени на слобода. Во влезот се задава со !DASHPOT_D.

Пружините придонесуваат во матрицата на крутост, а амортизерите во матрицата на амортизација. Затоа пружините влијаат во статичка, динамичка и анализа на сопствени вредности, додека амортизерите влијаат само во динамичка анализа со имплицитен метод што составува матрица на амортизација и немаат ефект во статичка анализа.

Ако пружина треба да се постави меѓу јазол и подлога наместо меѓу два јазла, користете пружински граничен услов (!SPRING), а не конекторски елемент. Тоа е граничен услов што еластично го потпира јазолниот степен на слобода без дефинирање елемент.

Конекторскиот елемент се дефинира во податоците за мрежа како елемент тип 511, а на неговата група се доделува секција од тип INTERFACE. Пружинската константа и коефициентот на амортизација се задаваат како материјал во контролните податоци за анализа. → За детали видете !SPRING_A.

Дефиниција на поврзаноста и броевите на површини

Следните слики и табели ја покажуваат врската меѓу редоследот на јазлите и броевите на површини во HEC-MW форматот. За кореспонденцијата меѓу средишните јазли кај елементи од втор ред и редоследот што го претпоставуваат внатрешните функции на облик на FrontISTR, видете „Библиотека на елементи“ во теорискиот прирачник.

Линиски елементи

Линиски елемент

Триаголни рамнински елементи

Триаголен рамнински елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 1 - 6 - 2
2 2 - 3 2 - 4 - 3
3 3 - 1 3 - 5 - 1

Четириаголни рамнински елементи

Четириаголен рамнински елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 1 - 5 - 2
2 2 - 3 2 - 6 - 3
3 3 - 4 3 - 7 - 4
4 4 - 1 4 - 8 - 1

Тетраедарски елементи

Тетраедарски елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 - 3 1 - 7 - 2 - 5 - 3 - 6
2 1 - 2 - 4 1 - 7 - 2 - 9 - 4 - 8
3 2 - 3 - 4 2 - 5 - 3 - 10 - 4 - 9
4 3 - 1 - 4 3 - 6 - 1 - 10 - 4 - 8

Призматични елементи

Призматичен елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 - 3 1 - 9 - 2 - 7 - 3 - 8
2 4 - 5 - 6 4 - 12 - 5 - 10 - 6 - 11
3 1 - 2 - 5 - 4 1 - 9 - 2 - 14 - 5 - 12 - 4 - 13
4 2 - 3 - 6 - 5 2 - 7 - 3 - 15 - 6 - 10 - 5 - 14
5 3 - 1 - 4 - 6 3 - 8 - 1 - 13 - 4 - 11 - 6 - 15

Хексаедарски елементи

Хексаедарски елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 - 3 - 4 1 - 9 - 2 - 10 - 3 - 11 - 4 - 12
2 5 - 6 - 7 - 8 5 - 13 - 6 - 14 - 7 - 15 - 8 - 16
3 1 - 2 - 6 - 5 1 - 9 - 2 - 18 - 6 - 13 - 5 - 17
4 2 - 3 - 7 - 6 2 - 10 - 3 - 19 - 7 - 14 - 6 - 18
5 3 - 4 - 8 - 7 3 - 11 - 4 - 20 - 8 - 15 - 7 - 19
6 4 - 1 - 5 - 8 4 - 12 - 1 - 17 - 5 - 16 - 8 - 20

Гредови елементи

Гредов елемент

Гредов елемент со јазли со 3 степени на слобода

Гредов елемент со јазли со 3 степени на слобода

Јазлите 1 и 2 имаат транслациски степени на слобода, а јазлите 3 и 4 ротациски.

Триаголни школкасти елементи

Триаголен школкаст елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 - 3 [предна страна] 1 - 6 - 2 - 4 - 3 - 5 [предна страна]
2 3 - 2 - 1 [задна страна] 3 - 4 - 2 - 6 - 1 - 5 [задна страна]

Триаголен школкаст елемент со јазли со 3 степени на слобода

Триаголен школкаст елемент со јазли со 3 степени на слобода

Јазлите 1, 2 и 3 имаат транслациски степени на слобода, а јазлите 4, 5 и 6 ротациски.

Број на површина Прв ред
1 1 - 2 - 3 [предна страна]
2 3 - 2 - 1 [задна страна]

Четириаголни школкасти елементи

Четириаголен школкаст елемент

Број на површина Прв ред Втор ред
1 1 - 2 - 3 - 4 [предна страна] 1 - 5 - 2 - 6 - 3 - 7 - 4 - 8 [предна страна]
2 4 - 3 - 2 - 1 [задна страна] 4 - 7 - 3 - 6 - 2 - 5 - 1 - 8 [задна страна]

Четириаголен школкаст елемент со јазли со 3 степени на слобода

Четириаголен школкаст елемент со јазли со 3 степени на слобода

Јазлите 1, 2, 3 и 4 имаат транслациски степени на слобода, а јазлите 5, 6, 7 и 8 ротациски.

Број на површина Прв ред
1 1 - 2 - 3 - 4 [предна страна]
2 4 - 3 - 2 - 1 [задна страна]
Слика 4.1.2 Поврзаност и броеви на површини

Поврзани теми