Ga naar inhoud

Randvoorwaarden en belastingen

In FrontISTR worden randvoorwaarden en belastingen voor structurele, warmtegeleidings- en dynamische analyses met trefwoorden gedefinieerd. In statische structurele analyse worden de gedefinieerde randvoorwaarden en belastingen per groeps-ID gegroepeerd en voor elke stap via !STEP geactiveerd met de BOUNDARY- of LOAD-regel. Ook in dynamische analyse kunnen !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION en !SPRING voor de impliciete methode per groep vanuit !STEP worden geactiveerd. Voorwaarden die met de tijd variëren worden geschaald met !AMPLITUDE, en lineaire relaties tussen meerdere vrijheidsgraden worden gedefinieerd met !EQUATION.

Overzicht van functies

Randvoorwaarden en belastingen kunnen als volgt per analysetype worden geclassificeerd.

Analysetype Belangrijkste trefwoorden Doel
Structurele analyse !BOUNDARY Legt vaste constraints, voorgeschreven verplaatsingen en voorgeschreven rotatie rond een rotatiecentrum op.
Structurele analyse !CLOAD Legt geconcentreerde knoopkrachten, momenten op rotatievrijheidsgraden en koppel rond een rotatiecentrum op.
Structurele analyse !DLOAD Legt oppervlaktedruk, oppervlakbelastingen, lichaamskrachten, zwaartekracht en centrifugaalkracht op.
Structurele analyse !SPRING Legt veerondersteuningen op aan knoopvrijheidsgraden.
Structurele analyse !TEMPERATURE Specificeert rechtstreeks knooptemperaturen die in thermische-spanningsanalyse worden gebruikt of leest ze uit een resultaatbestand.
Dynamische analyse !VELOCITY, !ACCELERATION Legt beginsnelheid of -versnelling, of tijdsafhankelijke voorgeschreven snelheid of versnelling op.
Warmtegeleidingsanalyse !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Legt vaste temperatuur, warmteflux, convectie en straling op.
Gemeenschappelijk !AMPLITUDE Specificeert tijdsafhankelijke schaalfactoren voor randvoorwaarden en belastingen in tabelvorm.
Meshdefinitie !EQUATION Definieert meerpuntsbeperkingsvergelijkingen.

In structurele analyse worden vrijheidsgraadnummers 1, 2 en 3 normaal als translatievrijheidsgraden behandeld en 4, 5 en 6 als rotatievrijheidsgraden. Rotatievrijheidsgraden zijn betekenisvol in modellen met zes vrijheidsgraden, zoals schaal- en balkelementen. Specificeer voor modellen die alleen twee- of driedimensionale massieve elementen bevatten constraints en belastingen uitsluitend binnen het bereik van vrijheidsgraden waarover de doelknopen beschikken.

Verplaatsingsconstraints in structurele analyse

Verplaatsingsconstraints worden gespecificeerd met !BOUNDARY. Voor een knoop of knoopgroep worden een bereik van vrijheidsgraden en een waarde opgegeven. Een waarde 0 definieert een vaste constraint, terwijl een niet-nulwaarde een voorgeschreven verplaatsing of voorgeschreven rotatie definieert.

In structurele analyse accepteert !BOUNDARY een vrijheidsgraadbereik van 1 tot en met 6. 1 tot en met 3 komen overeen met translatieverplaatsing, terwijl 4 tot en met 6 overeenkomen met rotatieconstraints bij knopen die rotatievrijheidsgraden hebben. Omdat een bereik van vrijheidsgraden gezamenlijk kan worden opgegeven, kan translatie bijvoorbeeld worden begrensd door 1 tot en met 3 gelijktijdig vast te zetten.

Wanneer de parameter AMP is gespecificeerd, varieert de voorgeschreven waarde met de tijd volgens een amplitudefunctie. Bij de normale specificatie wordt de voorgeschreven verplaatsing incrementeel toegepast volgens de belastingsfactor binnen de stap of de verandering in de amplitudefunctie. Wanneer TOTAL=YES is gespecificeerd, wordt de opgegeven waarde als de beoogde totale verplaatsing behandeld.

Wanneer ROT_CENTER is gespecificeerd, kan een rotatieconstraint ten opzichte van een centrale knoopgroep worden toegepast. Met deze specificatie worden de translatieverplaatsingen van de doelknoopgroep uit de hoeveelheid rotatie berekend en als constraints opgelegd. De combinatie van ROT_CENTER en TOTAL=YES wordt niet ondersteund, zodat rotatieconstraints rond een rotatiecentrum als incrementele specificaties worden gebruikt.

Geconcentreerde belastingen in structurele analyse

Geconcentreerde knoopbelastingen worden gespecificeerd met !CLOAD. Wanneer een knoop of knoopgroep, vrijheidsgraadnummer en belastingswaarde worden opgegeven, wordt de belasting voor die vrijheidsgraad in de rechterzijde opgenomen.

Waarden die voor translatievrijheidsgraden 1 tot en met 3 zijn gespecificeerd worden als knoopkrachten in de coördinaatrichtingen behandeld. In modellen met rotatievrijheidsgraden kunnen waarden die voor 4 tot en met 6 zijn gespecificeerd momenten op de rotatievrijheidsgraden toepassen. Wanneer de parameter AMP is gespecificeerd, wordt de geconcentreerde belasting vermenigvuldigd met de waarde van de amplitudefunctie.

Wanneer ROT_CENTER is gespecificeerd, wordt de belasting als koppel rond de centrale knoopgroep toegepast. In dat geval wordt de gespecificeerde koppelvector over knoopkrachten verdeeld op basis van de positievectoren van het centrum naar de doelknopen. Omdat koppel niet kan worden verdeeld wanneer het centrum en een doelknoop dezelfde positie hebben, moet de geometrische relatie tussen het rotatiecentrum en de belastingspunten worden gecontroleerd.

Voorzichtigheid is vereist wanneer !CLOAD wordt gespecificeerd voor een knoopgroep in een model dat ook !MESH met REFINE gebruikt (meshverfijning, Refiner). Verfijning maakt nieuwe middenknopen op randen in de oorspronkelijke knoopgroep, en deze middenknopen worden eveneens aan dezelfde knoopgroep toegevoegd. Omdat !CLOAD aan elke knoop in de knoopgroep dezelfde geconcentreerde belastingswaarde toekent, wordt dezelfde geconcentreerde belasting ook op de toegevoegde middenknopen toegepast, waardoor een totale belasting ontstaat die afwijkt van de vóór de verfijning bedoelde belasting. Houd bij het specificeren van geconcentreerde belastingen per knoopgroep rekening met de toename van het aantal belastingspunten door verfijning, of specificeer bij voorkeur afzonderlijke knopen rechtstreeks.

Verdeelde belastingen en lichaamskrachten in structurele analyse

Verdeelde belastingen en lichaamskrachten worden gespecificeerd met !DLOAD. !DLOAD specificeert een belastingstype en parameters voor een elementgroep of oppervlakgroep. Tijdsvariatie wordt met de parameter AMP gespecificeerd.

De belangrijkste belastingstypen zijn als volgt.

Belastingstype Beschrijving
P0, PP, P1–P6 Past druk toe die op een elementvlak werkt. De overeenkomst tussen vlaknummers en elementvlakken hangt af van het elementtype.
PX, PY, PZ Specificeert druk met een expliciete coördinaatrichting. Tijdens de invoerverwerking wordt deze naar een richtingsvector geconverteerd.
S... Past een oppervlakbelasting toe op een oppervlakgroep. Het vlaknummer wordt uit de definitie van de oppervlakgroep verkregen.
BX, BY, BZ Past een lichaamskracht in een coördinaatrichting toe.
GRAV Specificeert de zwaarteversnellingsvector. Deze wordt met de materiaaldichtheid gecombineerd en als lichaamskracht opgenomen.
CENT Past centrifugaalkracht toe op basis van een rotatieas en hoeksnelheid.

Wanneer FOLLOW=YES is gespecificeerd, volgt oppervlaktedruk de oriëntatie van het vervormde oppervlak. Deze specificatie is betekenisvol in structurele analyse die rekening houdt met eindige vervorming. In analyses waarin niet-lineaire geometrie is uitgeschakeld, wordt follower pressure door de implementatie uitgeschakeld.

Net als bij P1 tot en met P6 en S1 tot en met S6 aan de zijde van de thermische analyse verschilt de betekenis van vlaknummers per elementtype. Zie de trefwoordreferentie voor de concrete overeenkomst tussen vlaknummers en de volgorde van gegevensvelden.

Veerondersteuningen in structurele analyse

Veerondersteuningen worden gespecificeerd met !SPRING. Wanneer een knoop of knoopgroep, vrijheidsgraadnummer en veerconstante worden opgegeven, wordt de veerstijfheid aan de diagonale stijfheid van de doelvrijheidsgraad toegevoegd en wordt de veerreactie als interne kracht in de rechterzijde opgenomen.

Wanneer dit voor vrijheidsgraden 1 tot en met 3 wordt gespecificeerd, wordt de ondersteuning als translatieveer behandeld. In modellen met rotatievrijheidsgraden kunnen door specificatie van 4 tot en met 6 rotatieveren worden gebruikt. Controleer de configuratie van vrijheidsgraden zodat geen veren worden toegewezen aan vrijheidsgraden die in het doelmodel ontbreken.

De verplaatsingsreferentie waartegen de veer weerstand biedt, wordt met de parameter INCREMENTAL gekozen. Bij de standaardinstelling INCREMENTAL=NO wordt een veerreactie opgenomen die evenredig is met de cumulatieve verplaatsing vanaf het begin van de analyse; de interne kracht is dus het product van de veerconstante en de cumulatieve verplaatsing. Bij INCREMENTAL=YES wordt de referentiepositie van de veer bij elk increment opnieuw ingesteld op de geconvergeerde toestand van het voorgaande increment en wordt alleen een veerreactie opgenomen die evenredig is met het verplaatsingsincrement binnen dat increment. De interne kracht is dus het product van de veerconstante en het verplaatsingsincrement binnen dat increment; verplaatsing die over incrementen wordt meegenomen, draagt niet bij aan de veerreactie.

De tijdsvariatie van de veerconstante wordt opgegeven met de parameter AMP. Wanneer de naam van een amplitudefunctie wordt opgegeven, wordt de veerconstante vermenigvuldigd met de waarde van die amplitudefunctie. De amplitudewaarde wordt geëvalueerd op de eindtijd van het huidige increment, zodat ondersteuningen kunnen worden weergegeven die halverwege een stap aangrijpen of worden vrijgegeven. Als AMP niet wordt opgegeven, verandert de veerconstante niet in de tijd door een amplitudefunctie.

Zowel INCREMENTAL als AMP zijn werkzaam in statische analyse en impliciete dynamische analyse. Gebruik om de veerondersteuning zelf per stap in of uit te schakelen de groeps-ID en !STEP met de LOAD-specificatie.

Temperatuurbelastingen in structurele analyse

Gebruik !TEMPERATURE om belastingen door thermische rek in structurele analyse toe te passen. Wanneer voor elke knoop of knoopgroep een temperatuur wordt gespecificeerd, worden equivalente knoopkrachten voor thermische-spanningsanalyse samengesteld op basis van het verschil met de referentietemperatuur of de vorige temperatuur. De thermische-uitzettingscoëfficiënt wordt in de materiaaldefinitie gespecificeerd. De referentietemperatuur wordt gespecificeerd met !REFTEMP.

Temperatuur kan rechtstreeks in het besturingsbestand worden gespecificeerd of worden gelezen uit een resultaatbestand dat door warmtegeleidingsanalyse of een andere analyse is geproduceerd. Wanneer READRESULT is gespecificeerd, worden knooptemperaturen op de gegevensregels niet gelezen; in plaats daarvan worden resultaatgegevens gelezen die door SSTEP, INTERVAL, READTYPE en verwante parameters zijn gespecificeerd. Wanneer een resultaatbestand wordt gebruikt, moet de opgeslagen tijd of het stapnummer ervan overeenkomen met de specificatie aan de zijde van de structurele analyse.

Omdat !TEMPERATURE geen parameter AMP heeft, wordt deze niet door een amplitudefunctie geschaald. Regel om de temperatuurgeschiedenis te variëren de temperatuurgegevens zelf, de resultaten van de thermische analyse die worden gelezen of de staponderverdeling.

Beginvoorwaarden en voorgeschreven waarden in dynamische analyse (snelheid en versnelling)

In dynamische analyse kunnen !VELOCITY en !ACCELERATION beginvoorwaarden of voorgeschreven waarden voor snelheid of versnelling specificeren. Beide specificeren een knoop of knoopgroep, een vrijheidsgraadbereik en een waarde. Het vrijheidsgraadbereik is 1 tot en met 6; in modellen met rotatievrijheidsgraden komen 4 tot en met 6 overeen met hoeksnelheid of hoekversnelling.

TYPE=INITIAL specificeert de beginsnelheid of beginversnelling aan het begin van de analyse. Wanneer een beginsnelheid wordt opgegeven, wordt de beginversnelling berekend voor consistentie met de bewegingsvergelijking. Wanneer een beginversnelling wordt opgegeven, bestaat er een pad waarin de beginsnelheid wordt berekend.

TYPE=TRANSIT specificeert een tijdsafhankelijke voorgeschreven snelheid of voorgeschreven versnelling. Als TYPE wordt weggelaten, wordt dit als TRANSIT behandeld. Wanneer AMP is gespecificeerd, wordt de amplitudefunctie op de tijd van de dynamische analyse geïnterpoleerd en met de voorgeschreven waarde vermenigvuldigd.

Meerpuntsbeperkingen

Gebruik de meerpuntsbeperkingsfunctie wanneer een lineaire relatie tussen meerdere knoopvrijheidsgraden moet worden opgelegd. Het overeenkomstige trefwoord is !EQUATION, dat relaties kan uitdrukken zoals starre koppeling, periodieke randen en verplaatsingsrelaties tussen knopen die moeilijk kunnen worden weergegeven met een vaste constraint op één knoop en één vrijheidsgraad.

Zie Meerpuntsbeperkingen voor richtlijnen voor het gebruik van meerpuntsbeperkingen, de behandeling ervan door de lineaire solver en hun relatie tot andere functies voor het koppelen van vrijheidsgraden zoals contact TIED.

Randvoorwaarden in warmtegeleidingsanalyse

In warmtegeleidingsanalyse worden vaste temperatuur, warmteflux, convectie en straling als randvoorwaarden toegepast. Los van !STEP voor structurele analyse wordt de tijdregeling voor thermische analyse gespecificeerd met !HEAT.

Trefwoord Doel Beschrijving Amplitudespecificatie
!FIXTEMP Knoop of knoopgroep Zet de temperatuur vast. AMP
!CFLUX Knoop of knoopgroep Past geconcentreerde knoopwarmtestroom toe. AMP
!DFLUX Element of elementgroep Past verdeelde warmteflux toe op een elementvolume of elementvlak. AMP
!SFLUX Oppervlakgroep Past warmteflux toe op een oppervlakgroep. AMP
!FILM Element of elementgroep Past een convectierand toe op een elementvlak. AMP1, AMP2
!SFILM Oppervlakgroep Past een convectierand toe op een oppervlakgroep. AMP1, AMP2
!RADIATE Element of elementgroep Past een stralingsrand toe op een elementvlak. AMP1, AMP2
!SRADIATE Oppervlakgroep Past een stralingsrand toe op een oppervlakgroep. AMP1, AMP2

Voor !DFLUX stelt BF volumetrische warmteproductie voor, terwijl S0 tot en met S6 warmteflux op elementvlakken voorstellen. Voor !FILM worden elementvlakken gespecificeerd met F0 tot en met F6; voor !RADIATE met R0 tot en met R6. Omdat de overeenkomst tussen vlaknummers en feitelijke elementvlakken afhangt van het elementtype, zie de referentie van elk trefwoord voor details.

Een convectierand specificeert een convectiecoëfficiënt en buitentemperatuur. Een stralingsrand specificeert een equivalent emissiviteitscoëfficiënt en omgevingstemperatuur. AMP1 correspondeert met de coëfficiëntzijde en AMP2 met de buiten- of omgevingstemperatuurzijde, zodat beide onafhankelijk in de tijd kunnen variëren.

Amplitudefuncties

Een amplitudefunctie definieert de tijdsvariatie van een randvoorwaarde of belasting met een tabel van tijden en waarden. In de invoer wordt een benoemde tijdtabel gedefinieerd met !AMPLITUDE en gerefereerd door de parameter AMP, AMP1 of AMP2 van het doeltrefwoord.

De belangrijkste toepasselijke trefwoorden zijn als volgt.

!AMPLITUDE wordt in tabelvorm (DEFINITION=TABULAR) gelezen en het tijdstype wordt als staptijd (TIME=STEP) behandeld. Waarden kunnen als relatieve of absolute waarden worden gedefinieerd, maar voor afzonderlijke trefwoorden worden zij normaal gebruikt als factoren die een basiswaarde vermenigvuldigen.

!TEMPERATURE valt niet onder amplitudefuncties.

Gerelateerde onderwerpen